在工業(yè)生產(chǎn)和系統(tǒng)監(jiān)測中,溫度是最基本也是最重要的參數(shù)之一,其與生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量以及設(shè)備壽命都有密切的關(guān)系。因此,對溫度進(jìn)行實時準(zhǔn)確的測量就顯得尤為重要。然而,在一些特殊的環(huán)境中,傳統(tǒng)的電子溫度傳感器的工作性能會受到影響,很難達(dá)到測量要求。因此,當(dāng)前的溫度傳感研究集中于開發(fā)一種新型的溫度傳感器,具有良好的絕緣性和可靠性,且有較低的成本和更高的精確度。在激光出現(xiàn)之后,光學(xué)傳感器被開發(fā)了出來。光學(xué)傳感器以光作為探測信號,可以制成點式或分布式溫度測量系統(tǒng),并且具有多種不同的傳感方法。其中,光纖傳感器化學(xué)安全性高,可盤繞,抗電磁干擾,可以在較為惡劣的環(huán)境下工作,逐漸成為研究的熱點。光纖布拉格光柵作為一種新型的光纖器件,是光纖傳感技術(shù)中主要的傳感元件之一。近年來出現(xiàn)的光纖環(huán)衰蕩技術(shù)結(jié)合了光纖傳感和腔衰蕩技術(shù)的優(yōu)點,是一種新型的高度靈敏的測量技術(shù)。把先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)與某些光纖器件相結(jié)合,可以開發(fā)出新型的光纖傳感器。本論文以光纖布拉格光柵作為傳感元件,將其與光纖環(huán)衰蕩技術(shù)相結(jié)合,采用混沌激光作為光源,設(shè)計了一種新型的溫度傳感系統(tǒng)。論文的主要工作如下:(1)介紹了當(dāng)前光纖溫度傳感器的發(fā)展?fàn)顩r。從光纖用作溫度傳感的原理出發(fā),列舉了幾種常見的光纖溫度傳感器,最后介紹了光纖布拉格光柵用作溫度傳感的優(yōu)勢和光纖布拉格光柵溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀。(2)介紹了光纖環(huán)衰蕩技術(shù)的傳感原理以及混沌激光的產(chǎn)生與特性。提出了以混沌激光作為光纖環(huán)衰蕩技術(shù)的輸入光源,以混沌自相關(guān)峰的衰蕩時間作為傳感指標(biāo)的傳感方法。在理論上對該方法進(jìn)行了解釋,并在MATLAB中對該方法進(jìn)行了仿真,同時也在實驗上對該方法進(jìn)行了驗證。(3)提出將光纖布拉格光柵與基于混沌自相關(guān)的光纖環(huán)衰蕩技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)溫度傳感。在數(shù)學(xué)上對該方法進(jìn)行了推導(dǎo)驗證,并在MATLAB中進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值模擬,在理論上證明了該傳感方法的可行性。(4)搭建了基于混沌自相關(guān)光纖環(huán)衰蕩技術(shù)實現(xiàn)光纖布拉格光柵溫度傳感的實驗裝置,并進(jìn)行了溫度傳感實驗。該溫度測量系統(tǒng)實現(xiàn)了3.52ns/℃的測量靈敏度,且具有良好的測量穩(wěn)定性。同時利用該傳感裝置,對光纖布拉格光柵的溫度—中心波長關(guān)系進(jìn)行了解調(diào)。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN253;TP212
【部分圖文】：

圖 1-1 基于瑞利散射的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)[38].1-1 Distributed optical fiber temperature sensing system based on Rayleigh scat圖 1-2 基于自發(fā)拉曼散射的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)[38]istributed optical fiber temperature sensing system based on spontaneous Rama光光纖溫度傳感器纖溫度傳感器基于材料的光致發(fā)光現(xiàn)象制成，當(dāng)材料受到外部輻射

圖 1-2 基于自發(fā)拉曼散射的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)[38]istributed optical fiber temperature sensing system based on spontaneous Rama光光纖溫度傳感器纖溫度傳感器基于材料的光致發(fā)光現(xiàn)象制成，當(dāng)材料受到外部輻射形式向外界釋放能量，即產(chǎn)生熒光[39]。光纖熒光溫度傳感器憑借尺寸以及較強(qiáng)的抗干擾性正在逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。基于早出現(xiàn)于 1970 年左右。1976 年，Kusama 首次發(fā)現(xiàn)摻稀土熒光材料光強(qiáng)與溫度有確定的關(guān)系。隨后，大量的基于熒光強(qiáng)度的光纖溫1988 年，Sun 等人研究了摻鐿光纖的熱性能，并將其用于測溫， 700℃。此后，越來越多種基于摻雜元素光纖的測溫方法被提出傳感器的發(fā)展也越來越快[40]。圖 1-3 為稀土熒光光纖溫度傳感系度傳感器的分類如下表 1-2。

圖 1-3 稀土熒光光纖溫度傳感系統(tǒng)示意圖[80]ig. 1-3 Schematic diagram of rare earth fluorescent optical fiber temperature sensing sy涉型光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器根據(jù)光的相位變化來反映外界溫度的變化。該類型的用光的干涉，將一束光分成兩束，其中一束光作為參考信號，不經(jīng)過束光去感受外界溫度的影響，當(dāng)外界的溫度發(fā)生變化時，光纖的長度變化，從而導(dǎo)致光在光纖中傳輸?shù)墓獬贪l(fā)生變化，進(jìn)而使得這束光的這兩束光再次相遇時，會發(fā)生干涉，光程差的變化會導(dǎo)致所形成的干最終通過干涉條紋的變化來反映出外界溫度的變化情況。普通的干涉有兩種結(jié)構(gòu)，分別是基于 Mach-Zehnder 干涉型和 Fabry-perot 干涉型式 Mach-Zehnder 干涉型光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
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本文編號：2840303