光纤光栅传感特性和多点复用技术的研究

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1、国内图书分类号：TP212学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学博士学位论文光纤光栅传感特性与多点复用技术研究博士研究生：代勇波导师：AnandAsundi教授副导师冷劲松教授申请学位：工学博士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP212U.D.C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONFIBREBRAGGGRATINGSENSINGCHARACTERISTIC

2、SANDMULTIPOINTMULTIPLEXINGTECHNOLOGYCandidate：DaiYongboSupervisor：Prof.AnandAsundiViceSupervisor：Prof.LengJinsongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofReplay：June，2012Degree

3、-Conferring-Institution：HarbinInstitutionofTechnology摘要摘要光纤光栅传感技术是近年来传感技术领域发展的一个新方向，它具有质量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、易于组成光纤传感网络等优点，广泛地应用到航空航天、石油、电力、土木工程、生物化学以及医学等领域。本文首先从光纤光栅理论出发，建立光纤光栅时分复用模型，其次在研究光纤光栅的各种复用技术的基础上，提出一种大容量的光纤光栅复用技术方案，分析其原理并通过实验验证其性能，其主要工作如下：1.根据光纤光栅耦合模理论，研究光纤光栅的计算方法和光谱特性，以及传感器反射率和

4、光栅长度，折射率调制深度的关系。建立了光纤光栅时分复用模型，研究传感器的反射率与传感器复用数量的关系，并且分析光谱阴影效应和多次反射效应对传感信号造成的串扰，通过仿真计算分析传感器的反射率与串扰程度的关系。2.以光纤光栅的时分复用模型为基础，提出了基于半导体光放大器(SOA)共振腔的时分复用方案。通过采用不同频率的脉冲信号驱动SOA实现各传感器的寻址，研究脉冲信号宽度与传感器信号串扰的关系，以及腔内衰减与复用数量的关系。结合SOA共振腔技术，提出TDM+WDM混用技术方案，传感器阵列由多组传感器构成，组间以TDM方式访问，组内以WDM方式访问，传感器复用

5、数量为两种复用方式数量的乘积，以实现TDM技术复用能力的倍增。3.对光纤光栅传感特性进行分析，根据其对温度与应变具有交叉敏感特点，对传感器进行封装，研制基于光纤光栅的温度、应变、压力传感器，并对其相关系数进行标定。4.研制基于SOA共振腔的时分复用传感系统，并搭建时分复用传感试验装置，在单根光纤上串联5个温度传感器和4个应变传感器，采用时分复用方式分别对温度和应变测量点进行监测，通过实验验证系统的多点复用能力。以TDM+WDM混用技术为基础，构建5×5的二维光纤传感网络，测量在不同加载/加热情况下铝板的应力/温度分布场。关键词：光纤光栅；半导体光放大器；

6、波分复用；时分复用-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文AbstractInrecentyears,FibreBragggratingsensortechnologyhasbecomeanewdevelopmentorientationinthesensoringfield.Ithassomeperformancessuchaslightweight,electromagneticimmunity,corrosionresistant,easytoaccessintofiberopticsensornetworksetc.,It’swidelyusedin

7、aerospace,oilandelectricpower,civilengineering,biochemistryandmedicine.Inthispaper,firstly,basedonthetheoryoffiberBragggrating,atime-divisionmultiplexed(TDM)modeloffiberBragggratinghasbeenbuiltup.Secondly,followedonthebasisofavarietyoffiberBragggratingmultiplexingtechnology,alarg

8、ecapacitymultiplexingschemeoffiberBraggg