發(fā)布時間：2020-07-19 14:45

【摘要】：長周期光纖光柵(Long-period fiber grating,LPFG)是當前應用較為廣泛的傳感器件。本論文提出了兩種基于結(jié)構(gòu)擾動的LPFG復合結(jié)構(gòu)。一種是與LPFG級聯(lián)的復合結(jié)構(gòu),由于熔融扭轉(zhuǎn)與熔錐型扭轉(zhuǎn)等微結(jié)構(gòu)具有波分特性,從纖芯中進入的能量在受到微結(jié)構(gòu)擾動時,會有一部分能量進入到光柵的包層中,從而破壞了原模式間的相速度的簡并特性。其中微結(jié)構(gòu)與LPFG構(gòu)成馬赫澤德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer,MZI),通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)與LPFG的間距來獲得便于測量的透射譜,并以此為基準對熔融扭轉(zhuǎn)、熔錐型扭轉(zhuǎn)等微結(jié)構(gòu)級聯(lián)LPFG型傳感器的傳感特性進行測量。另一種是局部熔融包、扭轉(zhuǎn)、錐等微結(jié)構(gòu)LPFG的復合結(jié)構(gòu),由熔融光纖包、扭轉(zhuǎn)以及錐等微結(jié)構(gòu)的制備可知,他們會導致纖芯形變,打破了不同模式之間相速度的簡并特性。接下來對上述兩種方法制備出的LPFG復合結(jié)構(gòu)的傳感器進行制備并測試溫度、應變以及彎曲等傳感特性,取得了良好的實驗結(jié)果及實際應用價值。首先,對于常用于分析光纖光柵的耦合模理論、傳輸矩陣方法以及基于光纖復合結(jié)構(gòu)的馬赫澤德干涉理論、相移LPFG原理進行簡單的分析與總結(jié),并歸納出LPFG在研究過程中的理論途徑,并且在耦合模理論的基礎(chǔ)之上,對于LPFG的部分傳感特性理論進行簡單的討論,包括馬赫澤德干涉原理以及LPFG相移原理。并根據(jù)上述理論提出了兩種基于結(jié)構(gòu)擾動的LPFG復合結(jié)構(gòu)。其次,針對于LPFG級聯(lián)結(jié)構(gòu)進行了相關(guān)實驗,得到制備出的熔融扭轉(zhuǎn)級聯(lián)LPFG復合結(jié)構(gòu)具備扭轉(zhuǎn)的方向相關(guān)性,順時針扭曲結(jié)構(gòu)時,透射譜中兩個諧振峰的波長均向長波方向移動,靈敏度分別為0.058 nm/(rad?m~(-1))和0.117 nm/(rad?m~(-1));逆時針扭曲結(jié)構(gòu)時,兩個諧振峰的波長向短波方向移動,靈敏度分別為0.055 nm/(rad?m~(-1))和0.262 nm/(rad?m~(-1))。將所測得的扭轉(zhuǎn)和溫度靈敏度代入到溫度、扭轉(zhuǎn)同時測量的矩陣中得到:得到順時針扭轉(zhuǎn)時,扭轉(zhuǎn)和溫度的分辨率分別為0.04 rad/m和0.49°C;逆時針扭轉(zhuǎn)時,扭轉(zhuǎn)和溫度的分辨率分別為0.01 rad/m和0.43°C,驗證了提出的結(jié)構(gòu)在溫度與扭轉(zhuǎn)分辨率上表現(xiàn)良好。在不同溫度情況下,兩個諧振峰順時針扭轉(zhuǎn)波長平均靈敏度標準差分別為0.0027nm/(rad?m~(-1))和0.0049nm/(rad?m~(-1));兩個諧振峰逆時針扭轉(zhuǎn)的波長平均靈敏度標準差分別為0.0013nm/(rad?m~(-1))和0.0222nm/(rad?m~(-1))。此外,對于另一種級聯(lián)LPFG結(jié)構(gòu):熔錐型扭轉(zhuǎn)級聯(lián)LPFG結(jié)構(gòu),分別測試了其溫度和應變特性,發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的雙峰的溫度靈敏度較為相似;而在施加應變時,兩個諧振峰的波長靈敏度和他們的幅值靈敏度差別較大,故可證得該結(jié)構(gòu)可以進行雙參數(shù)測量。最后,提出了三種基于相移原理的局部微結(jié)構(gòu)的LPFG復合結(jié)構(gòu),所用到的局部微結(jié)構(gòu)分別為熔融包、扭轉(zhuǎn)和錐。并對三種復合結(jié)構(gòu)的溫度、彎曲和應變特性進行相應的測量。由實驗結(jié)果可知,三種結(jié)構(gòu)均可以對原LPFG的包層擾動,使透射譜分裂為雙峰。且這三種結(jié)構(gòu)的溫度特性較為相似,透射譜中的雙峰均隨著溫度的增大向長波方向發(fā)生漂移,且線性度較好。說明局部微結(jié)構(gòu)并未對LPFG的溫度特性產(chǎn)生較大的干擾。但這三種結(jié)構(gòu)的彎曲和應變特性中,一個峰則與未引入微結(jié)構(gòu)前的LPFG特性有較大提高,說明局部應用微結(jié)構(gòu)對曲向和拉伸度產(chǎn)生影響。由于彎曲和應變特性差別較大,但溫度靈敏度差距較小,可對這三種結(jié)構(gòu)進行多參數(shù)測量。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TP212
【圖文】：

哈爾濱工程大學碩士學位論文 LPFG 的溫度、彎曲、應變、扭曲等傳感特性了驗證與分析[17-1819]，對這種方法刻寫的 LPFG 在光纖傳感領(lǐng)域的應用進行了具 CO2激光器刻寫的 LPFG 迅速涌入研究者們的視野并在實踐制備方法Vengsaikar 首次提出幅值掩模板制備 LPFG[2]，使用紫外光透過要先進行摻雜而且制備時需要載氫，方法成本較高制備過程復法制備 LPFG 原理圖[2]。

2圖 1.2 CO2激光寫入法裝置原理圖 D. D. Davis 等人第一次提出應用 CO2激光脈沖刻寫 LPFG寫 LPFG 已成為現(xiàn)如今 LPFG 較為常見的制備方法，饒云描透鏡來替代移動光纖的辦法提高了效率，2003 年，王義平 CO2激光脈沖法刻寫單側(cè) LPFG 的實驗設(shè)計以及刻寫 LPF這種方法制備出的 LPFG 的形成原理，分別從殘余應力的釋熱擴散以及熔融后形變這四個方面入手，為高頻 CO2刻寫

裝置原理圖[20]。，韓國的 In Kag Hwang 等人[21]提出了一種使用電弧放電制備 LP使光纖發(fā)生微彎，操作簡單、易于操控，光柵周期由光纖槽的周期放電電流的強弱和被放電部分的大小來調(diào)節(jié)透射譜的特性，這種方掩膜版法制備 LPFG 相似，但應用這種方法不需要對光纖進行摻接應用于普通光纖。同樣的，電弧放電法[22]也是采用對光纖加工制構(gòu)，從而使折射率產(chǎn)生周期性的調(diào)制。如圖 1.3 所示為電弧放電法光纖放置于位移平臺上兩端固定，當通過電弧放電區(qū)域時，光纖會形變，同時由于放電產(chǎn)生的高溫會導致光纖中的雜質(zhì)發(fā)生熱擴散，纖的包層與纖芯的折射率均發(fā)生變化。通過調(diào)節(jié)電動位移平臺的移弧的參量等方式，均可控制該方法制備的 LPFG 的參量從而改變透過程可知，這種方法電弧放電時可達到 1200 攝氏度的高溫[22]，因此溫度發(fā)生變化時，特性依然保持穩(wěn)定，使透射譜在高溫狀態(tài)下也可

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王淼;王錄才;;泡沫鋁及其復合結(jié)構(gòu)的制備和應用現(xiàn)狀[J];材料導報;2015年03期

2 武建偉;;論復合結(jié)構(gòu)材料在機械制造專業(yè)中的應用[J];科技展望;2015年21期

3 張前華;;語法和詞匯考查的設(shè)題方式[J];高中生學習(學法指導);2016年12期

4 劉智謙;;從一例動名詞復合結(jié)構(gòu)的變化看英語的動態(tài)發(fā)展[J];校園英語;2017年23期

5 楊春吉;劉洪賢;;高考英語寫作感染力提升策略[J];山東教育;2017年12期

6 楊春吉;;英語復合結(jié)構(gòu)的用法[J];高中生;2016年15期

7 謝永超;;復合結(jié)構(gòu)偏心對同軸波導電磁特性的影響[J];光學與光電技術(shù);2014年03期

8 張暉;;多層住宅新型復合結(jié)構(gòu)的理論分析[J];中華民居(下旬刊);2013年12期

9 ;北京大學在大規(guī)模微納復合結(jié)構(gòu)的制造與應用上取得新進展[J];傳感器世界;2013年10期

10 佟德志;;中國式民主的主體復合結(jié)構(gòu)與綜合推進戰(zhàn)略[J];學習與探索;2011年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 周正;謝鳳虎;陳興品;劉慶;;陶瓷/金屬各向異性復合結(jié)構(gòu)的抗沖擊數(shù)值模擬[A];第十五屆全國高技術(shù)陶瓷學術(shù)年會摘要集[C];2008年

2 謝育輝;畢林濤;胡希海;李卓;劉德凱;張明艷;;板-鍛復合結(jié)構(gòu)加氫反應器研制[A];壓力容器先進技術(shù)——第八屆全國壓力容器學術(shù)會議論文集[C];2013年

3 蘇灝揚;許金余;呂曉聰;冷冰林;;泡沫金屬復合結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能研究[A];第一屆全國工程安全與防護學術(shù)會議論文集[C];2008年

4 祝明水;蔣明;蔣小華;只永發(fā);邢宗仁;;一種高承壓能力陶瓷金屬復合結(jié)構(gòu)[A];第五屆全國強動載效應及防護學術(shù)會議暨復雜介質(zhì)/結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學行為創(chuàng)新研究群體學術(shù)研討會論文集[C];2013年

5 沙風煥;;錐形彈丸撞擊下鋁板-泡沫鋁復合結(jié)構(gòu)的抗侵徹性能的理論研究[A];第十屆全國沖擊動力學學術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

6 王利民;Leung K Y Christopher;;非線性裂紋模型在復合結(jié)構(gòu)失效分析中的應用[A];復合材料力學現(xiàn)代進展會議論文集擴展摘要[C];2005年

7 王培育;裴永茂;;多層介電復合結(jié)構(gòu)內(nèi)部緊貼型缺陷的微波無損檢測[A];第十九屆全國復合材料學術(shù)會議摘要集[C];2016年

8 張梅;尚云東;張江濤;劉立勝;翟鵬程;;黏彈性層疊復合結(jié)構(gòu)殘余應力分析與優(yōu)化[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 孫雙雙;孫國鈞;;形狀記憶合金與彈簧-阻尼復合結(jié)構(gòu)的力學性能[A];2000年材料科學與工程新進展（上）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

10 陳盧;張暉;祿向陽;尹洪麗;郭鵬;;新型復合結(jié)構(gòu)鋼包透氣元件的設(shè)計與應用[A];第十一屆中國鋼鐵年會論文集——S14.耐火材料[C];2017年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 山東省壽光市二職專 張艷萍;With的復合結(jié)構(gòu)[N];學知報;2011年

2 ;復合結(jié)構(gòu)微復制模具[N];中國有色金屬報;2003年

3 鄢陵縣一高 袁志穩(wěn);小議“with復合結(jié)構(gòu)”[N];學知報;2011年

4 ;一種雙金屬層復合結(jié)構(gòu)散熱器[N];中國有色金屬報;2003年

5 張華;讓歷史的經(jīng)典表情從宏大的復合結(jié)構(gòu)中凸現(xiàn)[N];中國藝術(shù)報;2009年

6 趙鵬;復合結(jié)構(gòu)全路況特種汽車在沈陽問世[N];今日信息報;2004年

7 賽諾;PVDC涂布膜的應用——涂布膜的復合結(jié)構(gòu)與食品包裝[N];中國包裝報;2005年

8 王炳坤;沈陽復合結(jié)構(gòu)全路況特種汽車面世[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報;2004年

9 記者 張Z

本文編號：2762560