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高温光纤微腔应变传感器的应用及其复用研究

王彦君  
【摘要】:光纤传感技术是20世纪新兴的一种传感技术,它与传统的电子传感器在传感方式、传感原理以及信号的探测与处理等方面都有很大差异。它是通过探测光纤中传输的光波特征来感知外界被测量变化的。高温多点应变测试是应变测量中急需的一项关键技术,越来越多的受到人们的关注,被广泛的应用到液晶熔炉外壁的测量、热力机械的变形实时监测。国内外也有很多科研机构对其进行探索研究,但是对将光纤传感器用于高精密测量环境(如高温、空间狭小、灵敏度高等)测量的研究尚不成熟。本论文是在这个问题的基础上,进行了大量的实验及应用研究。提出了采用157nm激光加工制作高温光纤微腔应变传感器来进行高温应变测试,并结合树型复用方法实现多点测量。主要研究内容和成果如下:(1)采用157nm激光加工系统制作高温光纤微法珀应变传感头,并简单说明了传感器的法珀腔长和应变之间的关系。(2)对上述方法制作的传感器进行实验测试,首先从粘贴工艺入手介绍了影响传感器性能的各个因素,通过实验结果分析得到了最佳粘贴方式,分析了传感器的各种技术指标,如零漂、蠕变、温度特性、重复性等,针对传感器测试中存在的热应变和力应变相互干扰的问题,提出了3种补偿方式,并逐一进行了实验验证,分析了各自的优缺点。(3)对于多点应变测量提出了一种新型的复用方法,并搭建实验系统进行了实验验证,就实验中发现的问题和改进方法作了讨论。本论文基本上完成了用于高精密环境的高温应变测量实验,得到了一种零漂小、蠕变小、重复性好、灵敏度高且适用于高温测量的应变传感器,并实现了多点测量时的光谱获取,取得了一些成果,但是就实验中存在的问题还有待于进一步研究解决。


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