光纖腔衰蕩傳感技術(shù)因具有高穩(wěn)定性和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)日益受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注,并在壓力和應(yīng)力檢測(cè)中得到了初步的應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)光纖腔衰蕩傳感技術(shù)存在因使用脈沖光、快速探測(cè)器、高速示波器而導(dǎo)致的成本較高的問(wèn)題,使其很難獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用。為此,本論文將頻移干涉技術(shù)和光纖腔衰蕩傳感技術(shù)相融合,提出了頻移干涉光纖腔衰蕩壓力/應(yīng)力傳感技術(shù),該技術(shù)不但因使用連續(xù)波激光器、慢速探測(cè)器和慢速采集卡而降低了成本,而且因采用差分探測(cè)改善了傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本論文完成的主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下:1.提出了一種基于頻移干涉光纖腔衰蕩技術(shù)的壓力傳感方法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用一段剝?nèi)ネ扛矊拥膯文９饫w作為傳感頭,在0-10.4 MPa范圍內(nèi)測(cè)量了壓力。通過(guò)對(duì)探測(cè)到的差分信號(hào)作傅里葉變換,得到了不同壓力條件下的空間域衰蕩信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:衰蕩距離的倒數(shù)差與壓力之間滿足很好的線性關(guān)系,其斜率表明傳感系統(tǒng)的靈敏度可達(dá)0.024(km^-1?MPa^-1),且靈敏度還可以通過(guò)增大傳感頭的作用長(zhǎng)度得到改善。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明:系統(tǒng)穩(wěn)定性可高達(dá)0.1%,對(duì)應(yīng)的壓力探測(cè)極限可達(dá)0... 

【文章來(lái)源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光纖腔衰蕩壓力傳感系統(tǒng)

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文3盡管光路中采用了光纖光柵（FBG）作為濾波器對(duì)EDFA的自發(fā)輻射噪聲進(jìn)行濾除，但是傳感信號(hào)仍然存在很明顯的基線漂移現(xiàn)象，這種基線漂移現(xiàn)象影響了測(cè)量的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定度。2016年，S.Yang等人提出了一種基于薩格奈克效應(yīng)和光纖腔衰蕩傳感技術(shù)的壓力傳感器[18]。他們利用該技術(shù)在壓力40-350N的探測(cè)范圍內(nèi)獲得了0.4ns/N的靈敏度。2017年，Y.Yang等人研究了基于光纖腔衰蕩傳感技術(shù)的靜冰壓力探測(cè)方法[19]，探測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)鎖模激光器，兩個(gè)2×1的光纖耦合器，一根單模光纖，一個(gè)實(shí)時(shí)微彎的光纖傳感頭和一個(gè)光探測(cè)器組成。利用該測(cè)量系統(tǒng)，他們通過(guò)測(cè)量外部冰壓引起的衰蕩時(shí)間改變值來(lái)監(jiān)測(cè)靜冰壓力，并獲得了高達(dá)0.00998μs-1kPa-1的壓力靈敏度。圖1-2有源光纖腔衰蕩壓力傳感系統(tǒng)在光纖腔衰蕩壓力傳感器發(fā)展的同時(shí)，光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感器也同步發(fā)展了起來(lái)。2004年，P.B.Tarsa等人首次研究了基于雙錐形光纖的光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感器[9]。通過(guò)將光纖拉錐技術(shù)和光纖腔衰蕩傳感技術(shù)相結(jié)合，該傳感器獲得了79nε/HZ1/2的靈敏度，相應(yīng)的最小可探測(cè)位移為4.8nm。2007年，N.Ni等人研究了基于長(zhǎng)周期光纖光柵的光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感器[20]，他們采用如圖1-3所示的實(shí)驗(yàn)光路，通過(guò)位移臺(tái)對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵加載不同應(yīng)變，測(cè)量了加載不同應(yīng)變時(shí)的衰蕩時(shí)間，獲得了1.261ns/με的靈敏度，最小可探測(cè)應(yīng)變?yōu)?με。2008年，H.Qiu等人研究了基于光纖腔衰蕩傳感技術(shù)和光纖模式轉(zhuǎn)換原理的應(yīng)變測(cè)量方法[21]。利用多模光纖彎曲損耗理論解釋了應(yīng)變引起的環(huán)衰蕩腔損耗機(jī)理。利用該方法，他們通過(guò)測(cè)量應(yīng)變引起的衰減時(shí)間的變化，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)800με大應(yīng)變傳感范圍的實(shí)時(shí)測(cè)量。圖1-3基于LPG的光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文3盡管光路中采用了光纖光柵（FBG）作為濾波器對(duì)EDFA的自發(fā)輻射噪聲進(jìn)行濾除，但是傳感信號(hào)仍然存在很明顯的基線漂移現(xiàn)象，這種基線漂移現(xiàn)象影響了測(cè)量的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定度。2016年，S.Yang等人提出了一種基于薩格奈克效應(yīng)和光纖腔衰蕩傳感技術(shù)的壓力傳感器[18]。他們利用該技術(shù)在壓力40-350N的探測(cè)范圍內(nèi)獲得了0.4ns/N的靈敏度。2017年，Y.Yang等人研究了基于光纖腔衰蕩傳感技術(shù)的靜冰壓力探測(cè)方法[19]，探測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)鎖模激光器，兩個(gè)2×1的光纖耦合器，一根單模光纖，一個(gè)實(shí)時(shí)微彎的光纖傳感頭和一個(gè)光探測(cè)器組成。利用該測(cè)量系統(tǒng)，他們通過(guò)測(cè)量外部冰壓引起的衰蕩時(shí)間改變值來(lái)監(jiān)測(cè)靜冰壓力，并獲得了高達(dá)0.00998μs-1kPa-1的壓力靈敏度。圖1-2有源光纖腔衰蕩壓力傳感系統(tǒng)在光纖腔衰蕩壓力傳感器發(fā)展的同時(shí)，光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感器也同步發(fā)展了起來(lái)。2004年，P.B.Tarsa等人首次研究了基于雙錐形光纖的光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感器[9]。通過(guò)將光纖拉錐技術(shù)和光纖腔衰蕩傳感技術(shù)相結(jié)合，該傳感器獲得了79nε/HZ1/2的靈敏度，相應(yīng)的最小可探測(cè)位移為4.8nm。2007年，N.Ni等人研究了基于長(zhǎng)周期光纖光柵的光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感器[20]，他們采用如圖1-3所示的實(shí)驗(yàn)光路，通過(guò)位移臺(tái)對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵加載不同應(yīng)變，測(cè)量了加載不同應(yīng)變時(shí)的衰蕩時(shí)間，獲得了1.261ns/με的靈敏度，最小可探測(cè)應(yīng)變?yōu)?με。2008年，H.Qiu等人研究了基于光纖腔衰蕩傳感技術(shù)和光纖模式轉(zhuǎn)換原理的應(yīng)變測(cè)量方法[21]。利用多模光纖彎曲損耗理論解釋了應(yīng)變引起的環(huán)衰蕩腔損耗機(jī)理。利用該方法，他們通過(guò)測(cè)量應(yīng)變引起的衰減時(shí)間的變化，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)800με大應(yīng)變傳感范圍的實(shí)時(shí)測(cè)量。圖1-3基于LPG的光纖腔衰蕩應(yīng)力傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2962221