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采用边孔光纤及边孔增敏结构的光纤光栅压力传感特性理论及应用研究

孙崇峰  
【摘要】: 压力温度交叉敏感问题长期困扰光纤光栅静水压力测量的实用化。单模光纤光栅的压力灵敏度仅为13pm/MPa,而温度灵敏度高达10pm/℃,单模光纤光栅的压力温度交叉问题很严重,不宜用于压力的测量;边孔光纤的压力灵敏度为6pm/MPa,温度灵敏度为0.05pm/℃,边孔光纤光栅的温度效应受到了抑制,但压力灵敏度不够高,无法满足中低静水压力测量的需要。 论文采用解析分析与数值模拟相结合的研究方法,对多种光纤尤其是边孔光纤的敏感特性进行了深入的分析和研究,提出了采用边孔封装结构实现光纤光栅压力增敏及温度降敏的技术,并对单模光纤、熊猫光纤、边孔光纤在边孔封装结构下的压力温度特性进行了分析和对比,理论分析表明,边孔结构封装的单模光纤光栅反射谱双峰间距的压力灵敏度比边孔光纤的压力灵敏度提高二个数量级,温度敏感系数降低一个数量级。 设计了光纤光栅检测系统,实现了双折射光纤光栅反射谱双峰的分离,并采用数值插值方法,提高了偏振双峰间距的测量精度,实现了双折射光纤光栅双峰间距的高精度测量。 实际制作了边孔结构封装单模光纤光栅压力探头,并对其反射谱进行了测量,实验得到探头的水深压力灵敏度为145pm/mH_2O,温度灵敏度小于0.008pm/℃。成功地实现了中、低静水压力的测量。


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