光纖光柵有源傳感技術(shù)的研究.pdf

1、隨著光纖光柵技術(shù)的不斷完善發(fā)展,光纖光柵傳感技術(shù)越來越多的受到人們的重視。以光纖Bragg光柵作為傳感元件的各種傳感器以及傳感系統(tǒng)已經(jīng)被實(shí)際應(yīng)用于重大工程的健康監(jiān)測(cè)中。隨著傳感系統(tǒng)要求的不斷提高,單個(gè)傳感器已遠(yuǎn)不能滿足要求。網(wǎng)絡(luò)化已成為傳感器技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 光纖光柵有源傳感技術(shù)是在無源傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,利用光纖激光器代替光纖光柵作為傳感元件,構(gòu)成有源傳感系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。其顯著特點(diǎn)是提高了傳感波長(zhǎng)的信噪比和光功率

2、,使之與一般的寬帶光源相比,傳感信號(hào)的強(qiáng)度信噪比有了極大的提高,因而具有波長(zhǎng)易于檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。本論文是在國家“八六三計(jì)劃一項(xiàng)目(No. 2006AA01Z217)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(No.60736039)的支持下完成的。主要內(nèi)容包括： 1.對(duì)基于光纖光柵的無源和有源傳感技術(shù)的傳感機(jī)理和發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。并著重闡述了單縱模分布布拉格反射(DBR)光纖激光器的基于拍頻檢測(cè)的有源傳感技術(shù),對(duì)其傳感特性進(jìn)行了分析。這種

3、有源傳感器不僅具有傳統(tǒng)光纖有源傳感器的高信噪比、高功率、易檢測(cè)等特性,作為拍頻調(diào)制型傳感器還具有工作帶寬寬、信號(hào)解調(diào)更加簡(jiǎn)單、比波長(zhǎng)調(diào)制型聲學(xué)傳感器靈敏度高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。 2.我們對(duì)拍頻調(diào)制型傳感器也就是單縱模DBR光纖激光器的輸出特性進(jìn)行了研究。在光纖光柵的基本分析方法和基于光纖光柵的光纖激光器的基本理論基礎(chǔ)上,通過理論模擬分析了基于光纖Bragg光柵(FBG)的F-P線形腔的輸出特性,并討論了腔鏡反射率和諧振腔的長(zhǎng)度對(duì)縱模線寬

4、和縱模間隔的影響。實(shí)驗(yàn)上設(shè)計(jì)制作了DBR光纖激光器,實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的驗(yàn)證了輸出特性理論。 3.研制了工程化光纖光柵一維溫度、應(yīng)變以及輪輻式壓力傳感器,并取得了很好的研究結(jié)果。采用圓柱體結(jié)構(gòu)研制了光纖光柵三維應(yīng)變傳感器,對(duì)其三維傳感特性在理論上進(jìn)行了分析,并采用有機(jī)玻璃和鈦鋼材料的圓柱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維傳感的實(shí)驗(yàn)研究。在研制多維多參量傳感器的基礎(chǔ)上,與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,對(duì)基于光纖光柵傳感的、可對(duì)多維環(huán)境進(jìn)行多參量監(jiān)測(cè)并具有管理及

5、決策功能的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了初步探討。 4.設(shè)計(jì)并研制了基于單縱模DBR光纖激光器的傳感器,通過研究側(cè)壓力和彎曲對(duì)單模光纖雙折射特性的影響,對(duì)傳感器基于拍頻檢測(cè)的傳感原理進(jìn)行了分析。利用單縱模DBR光纖激光器做傳感元件,成功研制了基于拍頻檢測(cè)的壓力和純彎曲的單參量有源傳感器。由于激光器的波長(zhǎng)和正交偏振的拍頻在溫度變化時(shí)都會(huì)有所變化,我們通過檢測(cè)波長(zhǎng)和拍頻的變化來測(cè)量溫度的變化,實(shí)現(xiàn)了雙參量解調(diào)的傳感技術(shù)。通過理論分析和溫度傳感實(shí)驗(yàn)驗(yàn)