光纤光栅应变传感器若干解调技术的研究

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1、摘要lIIIIIIILIIIIUIIIIU1．Y1922215一随着光纤通信及光纤传感等技术的飞速发展，光纤传感器作为一种新型的探测装置得到原来越多的应用和研究。不同于传统的电传感器，光纤传感器以光信号为转换及传输的载体，体积小，重量轻，抗电磁干扰，适用于易爆易燃等恶劣环境。光纤光栅传感器不仅具有普通光纤传感器的这些优点，更由于自身波长编码的特性，这使得光纤光栅传感器不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗等因素影响。光纤光栅本身有设计波长，具有自参考性，不需要固有参考点，可实现对结构完整性，安全性，损伤程度的实时监测。通过采用密集波分复用技术，还可

2、实现光纤光栅传感阵列分布式检测，在大型土木工程，航天航空，能源化工等领域有广泛应用前景。研究了光纤光栅传感器的应用原理。介绍了光纤光栅的结构，针对光纤光栅的应变敏感特性分别进行了分析研究，并根据耦合模理论推导出了光纤光栅的反射谱表达式，并对施加应变时反射谱的移动进行了数值模拟。讨论了光纤光栅的各种不同形式的封装原理及各自的优缺点，并详细介绍了本文所选取的封装方法及操作工艺。介绍了常用的几种光纤光栅静态应变传感装置及其理论计算公式，建立了悬臂梁式光纤光栅静态应变传感器实验系统，用光传感分析仪提供扫描光源和光谱分析，进行了实验观测，在现有实验条件下，

3、共搭建了两套悬臂梁式静态应变装置，分别对其应变灵敏度进行了计算分析，实验表明悬臂梁式光纤光栅传感器性能良好，具有较高的线性度。通过对光纤光栅反射谱的研究，提出了基于强度解调的光纤光栅应变传感器，通过合理选择激光光源和光纤光栅，在一定动态范围内，输出信号光的光强与动态应变的最大幅度两者之间呈线性关系，根据理论分析建立实验系统，进行实验观测。此外，本文还研究了光纤传输的Math．Zehnder干涉应变传感测量系统。介绍了光纤M．Z干涉仪测应变系统的基本结构和原理，搭建实验系统进行实验观测，对实验结果进行了讨论。关键词：光纤传感，光纤光栅，应变传感，强

4、度解调，M．Z干涉Abstract一————————————————————————————————————————————————————一Withtherapiddevelopmentoftechnologyinthefieldofopticalfibercommunication，andopticalfibersensor(OFS)，moreandmoreresearchesandapplicationswithopticalfibei"sensorsareappliedinrecentyears，asoneofnovelinterroga

5、tionsystenls．．Comparedto缸aditionalelectrictransducers，theopticalfibersensortakesopticalsignals．asvehicleformodifyandtransportation,withadvantagesofsmallsize，lightweight，andanti．electromagneticinterference；meanwhile，OFScanadapttoworkunder‘speci',dsimationslikeflammableandcombu

6、stiblemedium．NotonlytheseadvantageswhichcommonOFShas，doesfiberBragggrating(FBG)seqlsorhave，butalsofibergrating．sensorwillnotbeinfluencedbythefluctuationofthelasersource，thelossoffiberbendingandconnectionforitswavelengthencoding．Furthermore，FBGsensorcanbemonitoredforitsstructu

7、ralintegrity,security'andinjuryseverityinreal—time，becauseof。-itsself．ref．erence，withouttheneedofinherentfiducialpoint．ItispossibleforFBGtomakethefibergratingsensorarraydistributedcometrueaswell，bytheusageofdensewavelengthdivisionmultiplexing(DWDM)．Generally,FBGwillhavelargew

8、orthinthe，’：fieldsofcivilengineering，spaceflightandaviation，andchemi