光纤光栅传感应用的研究

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1、光纤光栅的传感应用研究摘要近年来，光纤光栅在桥梁、大坝、隧道等建筑物的结构健康监测方面显示出很大的潜力。由于光纤光栅的结构对应力及温度的敏感特性，使其广泛的被应用于对应力和温度的监测，而应力和温度都是大量工程项目中需要考虑的重要物理因素。在许多领域中，为了确保工业生产的安全，因此光纤光栅被广泛应用于这些场合中。本论文主要研究了光纤光栅的传感特性及其在传感领域的应用。对光纤光栅传感技术、传感头的封装设计及其在温度、应变和压力测试中的应用进行了系统研究，主要包括：对光纤光栅中加入非均匀相移的研究；光纤光栅对于固．液相变监测和溶液浓度的传感

2、应用；蒸汽锅炉内基于光纤光栅的高温、高压和应变传感器的实验研究。本论文首先回顾了光纤传感技术在传感领域中的发展历程，接着阐述了光纤光栅传感技术的特征及优势；简单介绍了光纤光栅耦合模理论和传输矩阵理论；并分析了基于传输矩阵理论的非均匀相移光栅反射谱的特性。然后从实验的角度模拟出了非均匀相移的光纤光栅，并对它的温度传感特性进行了测试和理论分析。其次利用光纤光栅传感理论，结合合理的封装设计，提出了利用光纤光栅测试液体相变过程的方案，在这一过程中我们观察到了过冷现象：在此基础上将这一传感系统应用于溶液的浓度传感，在温度从20"C降到．20℃的

3、过程中，浓度传感的灵敏度系数K。的平均值为．11．3pro／％，即当浓度变化增加1％，最小波长差就减小约0．01nlTl。最后针对高温锅炉的高温高压环境，提出了几种针对性的光纤光栅封装设计方案。这其中包括温度传感器，应变传感器和压力传感器的封装，并对每一种传感器的灵敏度进行了测试。然后将其应用到实际的工程项目中，并对该传感器监测的实验结果进行了理论分析，结果表明其有效性和实用性。关键词：光纤光栅；传感；封装设计；相变监测光纤光栅的传感应用研究AbstractInrecentyears，fiber．Bragggratinghasshow

4、ngreatpotentialintheapplicationofstructuralhealthmonitoringofbridges，damsandtunnelsetc．Due．totheintrinsiccharacteristicsofthefiberBragggrating，ithasalreadybeenusedtomonitorstressandtemperaturechanges，whichareconsideredasimportantphysicalfactorsinalotofengineeringproject

5、s．Inmanyareas，thefiberBragggratingiswidelyusedintheseareasinordertoensurethesafetyofindustrialproduction．Inthisthesis，wemainlystudytheapplicationcharacteristicsoffibergratingsensorsinthesensorfield．Thesystematicresearchoffibergratingsensortechnology，thepackagingdesignof

6、sensorheadandtheapplicationsoftemperature，strainandpressuremeasurementisstatedinthispaper，mainlyincludes：theresearchoffibergrating谢mnon-uniformphaseshift；fibergratingforsolid-liquidphasetransitionmonitoringandsensingapplicationsofsolutionconcentration；experimentalstudyo

7、fhightemperature，highpressureandstrain助ergratingsensorinthesteamboiler．Firstly，inthispaperwereviewedthedevelopmentprogressofthefibersensingtechnologyinthesensingareaandstatedthefeatureandadvantageofthefibergratingsensingtechnology；simplyintroducedthecoupled-modetheoryof

8、thefiberBragg孕撕ngandthetransfermatrixtheory；andanalyzedthereflectionspectrum’Sfeaturesofnon—uniformphaseshiftg