本文關(guān)鍵詞：光纖布拉格光柵功率解調(diào)傳感器及多微孔塑料光纖傳感器的研究

  更多相關(guān)文章： 光纖布拉格光柵 塑料光纖 傳感器 功率解調(diào) 飛秒激光

【摘要】：光纖布拉格光柵(FBG)具有反射峰細(xì)銳,布拉格波長對(duì)外界因素敏感,體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此,基于FBG的光纖傳感器得到了廣泛研究。此類傳感器的測(cè)量機(jī)制主要是波長解調(diào),即利用外界因素調(diào)制布拉格波長。本論文首次提出了FBG的功率解調(diào)機(jī)制,并利用此機(jī)制成功測(cè)量了溫度、傾斜、應(yīng)力、位移等物理量。塑料光纖(POF)被用于傳感領(lǐng)域的時(shí)間晚于FBG。但POF具有許多FBG不具備的優(yōu)點(diǎn):纖芯和數(shù)值孔徑大,機(jī)械強(qiáng)度高,易于加工,柔軟,連接簡單等。飛秒激光加工能夠有效避免熱效應(yīng),這一優(yōu)點(diǎn)在對(duì)熱敏感的POF加工上尤為重要。本論文利用飛秒激光在POF上打出微孔,對(duì)多微孔POF在應(yīng)力測(cè)量方面的理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。首先,本文介紹了光纖傳感器的分類,應(yīng)用和研究概況,并從結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理兩方面介紹了光纖布拉格光柵和塑料光纖。其次,本文介紹了光纖布拉格光柵功率解調(diào)傳感器的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文利用一對(duì)布拉格波長相同的FBG,其中一個(gè)FBG的反射譜入射到另一個(gè)FBG上,在后者的透射譜中,在原布拉格波長兩側(cè)將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰,稱之為“左峰”和“右峰”。當(dāng)其中一個(gè)FBG的布拉格波長受外界因素影響發(fā)生移動(dòng)時(shí),“右峰”和“左峰”的功率差值將發(fā)生變化。這就是功率解調(diào)的原理。利用此原理本文對(duì)溫度、傾斜、應(yīng)力、位移進(jìn)行了測(cè)量。在布拉格波長1525 nm附近實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的分段測(cè)量,測(cè)溫范圍可達(dá)25°C 135°C,最高測(cè)溫精度為1.35±0.02 d Bm/°C。而在同等條件下,布拉格波長的溫度敏感性只有9.12×10-3 nm/°C。利用兩個(gè)光柵對(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傾斜角度的測(cè)量,可辨別傾斜方向,精度高達(dá)403 d Bm/°,分辨率為2.481×10-5°,即量程的0.08%。利用反射峰反射率不同的光柵對(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)力的測(cè)量,反射率大的光柵對(duì)的測(cè)力精度為(1.16±0.06)×103 d B N-1,測(cè)量范圍是0-4.40×10-3 N。進(jìn)行位移測(cè)量時(shí),采用兩個(gè)FBG串聯(lián)的方式,在后者FBG的透射譜中就只有一個(gè)峰了,通過監(jiān)測(cè)此峰功率便可實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量,精度可達(dá)(3.80±0.11)×10-2 d Bm/μm,量程可達(dá)540μm。此外我們還發(fā)現(xiàn),功率解調(diào)原理的測(cè)量范圍正比于FBG的反射峰線寬,測(cè)量精度正比于反射峰邊沿坡度。最后,本文利用多微孔POF傳感器進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)量。POF的微孔是由800 nm飛秒激光加工的,微孔的直徑大約為150μm。本文研究了微孔數(shù)量和孔間距對(duì)于插入損耗的影響。結(jié)果顯示:孔間距不變時(shí)孔數(shù)量越多插入損耗越大;孔數(shù)量不變時(shí),最大插入損耗出現(xiàn)在間距1.25 mm處�？讛�(shù)13,間距1.25 mm的傳感器的量程為0 N-65 N,測(cè)力精度0.24 d B/N,具有高線性度和良好的重復(fù)性。本文還利用POF實(shí)現(xiàn)了對(duì)硝酸鉀溶液物理性質(zhì)的監(jiān)測(cè)。在硝酸鉀升溫溶解過程中可同時(shí)測(cè)量溶解度和溶液溫度,且測(cè)量精度較高,線性度較好。
【關(guān)鍵詞】：光纖布拉格光柵 塑料光纖 傳感器 功率解調(diào) 飛秒激光
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 光纖傳感器分類及應(yīng)用11-12
• 1.2 光纖傳感器研究概況12-14
• 1.2.1 光纖溫度傳感器研究概況12-13
• 1.2.2 光纖傾斜傳感器研究概況13
• 1.2.3 光纖應(yīng)力傳感器研究概況13-14
• 1.2.4 光纖位移傳感器研究概況14
• 1.3 本論文主要研究工作14-15
• 第2章 光纖布拉格光柵及塑料光纖簡介15-18
• 2.1 光纖布拉格光柵15-16
• 2.1.1 基本結(jié)構(gòu)15
• 2.1.2 傳感原理15-16
• 2.2 塑料光纖16-18
• 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)16-17
• 2.2.2 傳感原理17-18
• 第3章 光纖布拉格光柵功率解調(diào)傳感器的理論和實(shí)驗(yàn)研究18-42
• 3.1 功率解調(diào)的方案設(shè)計(jì)與傳感原理18-21
• 3.1.1 方案設(shè)計(jì)18
• 3.1.2 傳感原理18-20
• 3.1.3 影響因素分析20-21
• 3.2 溫度測(cè)量的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究21-26
• 3.2.1 傳感器設(shè)計(jì)21-22
• 3.2.2 理論模擬22-23
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)研究23-25
• 3.2.4 研究結(jié)論25-26
• 3.3 傾斜測(cè)量的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究26-31
• 3.3.1 傳感器設(shè)計(jì)26
• 3.3.2 理論模擬26-27
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)研究27-31
• 3.3.4 研究結(jié)論31
• 3.4 應(yīng)力測(cè)量的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究31-38
• 3.4.1 傳感器設(shè)計(jì)31-32
• 3.4.2 理論模擬32-35
• 3.4.3 實(shí)驗(yàn)研究35-37
• 3.4.4 研究結(jié)論37-38
• 3.5 位移測(cè)量的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究38-42
• 3.5.1 傳感器設(shè)計(jì)38
• 3.5.2 理論模擬38-39
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)研究39-41
• 3.5.4 研究結(jié)論41-42
• 第4章 多微孔塑料光纖傳感器的理論和實(shí)驗(yàn)研究42-51
• 4.1 傳感機(jī)制42-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)研究45-49
• 4.3 研究結(jié)論49-51
• 第5章 利用塑料光纖監(jiān)測(cè)硝酸鉀溶液物理性質(zhì)51-55
• 5.1 原理機(jī)制51-53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)研究53
• 5.3 結(jié)果討論53-55
• 第6章 總結(jié)與展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-63
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果63-66
• 致謝66

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本文編號(hào)：598157