光纖光柵傳感應(yīng)用的研究

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1、光纖光柵的傳感應(yīng)用研究摘要近年來(lái)，光纖光柵在橋梁、大壩、隧道等建筑物的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方面顯示出很大的潛力。由于光纖光柵的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力及溫度的敏感特性，使其廣泛的被應(yīng)用于對(duì)應(yīng)力和溫度的監(jiān)測(cè)，而應(yīng)力和溫度都是大量工程項(xiàng)目中需要考慮的重要物理因素。在許多領(lǐng)域中，為了確保工業(yè)生產(chǎn)的安全，因此光纖光柵被廣泛應(yīng)用于這些場(chǎng)合中。本論文主要研究了光纖光柵的傳感特性及其在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)、傳感頭的封裝設(shè)計(jì)及其在溫度、應(yīng)變和壓力測(cè)試中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要包括：對(duì)光纖光柵中加入非均勻相移的研究；光纖光柵對(duì)于固．液相變監(jiān)測(cè)和溶液濃度的傳感

2、應(yīng)用；蒸汽鍋爐內(nèi)基于光纖光柵的高溫、高壓和應(yīng)變傳感器的實(shí)驗(yàn)研究。本論文首先回顧了光纖傳感技術(shù)在傳感領(lǐng)域中的發(fā)展歷程，接著闡述了光纖光柵傳感技術(shù)的特征及優(yōu)勢(shì)；簡(jiǎn)單介紹了光纖光柵耦合模理論和傳輸矩陣?yán)碚摚徊⒎治隽嘶趥鬏斁仃嚴(yán)碚摰姆蔷鶆蛳嘁乒鈻欧瓷渥V的特性。然后從實(shí)驗(yàn)的角度模擬出了非均勻相移的光纖光柵，并對(duì)它的溫度傳感特性進(jìn)行了測(cè)試和理論分析。其次利用光纖光柵傳感理論，結(jié)合合理的封裝設(shè)計(jì)，提出了利用光纖光柵測(cè)試液體相變過(guò)程的方案，在這一過(guò)程中我們觀察到了過(guò)冷現(xiàn)象：在此基礎(chǔ)上將這一傳感系統(tǒng)應(yīng)用于溶液的濃度傳感，在溫度從20"C降到．20℃的

3、過(guò)程中，濃度傳感的靈敏度系數(shù)K。的平均值為．11．3pro／％，即當(dāng)濃度變化增加1％，最小波長(zhǎng)差就減小約0．01nlTl。最后針對(duì)高溫鍋爐的高溫高壓環(huán)境，提出了幾種針對(duì)性的光纖光柵封裝設(shè)計(jì)方案。這其中包括溫度傳感器，應(yīng)變傳感器和壓力傳感器的封裝，并對(duì)每一種傳感器的靈敏度進(jìn)行了測(cè)試。然后將其應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中，并對(duì)該傳感器監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論分析，結(jié)果表明其有效性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：光纖光柵；傳感；封裝設(shè)計(jì)；相變監(jiān)測(cè)光纖光柵的傳感應(yīng)用研究AbstractInrecentyears，fiber．Bragggratinghasshow

4、ngreatpotentialintheapplicationofstructuralhealthmonitoringofbridges，damsandtunnelsetc．Due．totheintrinsiccharacteristicsofthefiberBragggrating，ithasalreadybeenusedtomonitorstressandtemperaturechanges，whichareconsideredasimportantphysicalfactorsinalotofengineeringproject

5、s．Inmanyareas，thefiberBragggratingiswidelyusedintheseareasinordertoensurethesafetyofindustrialproduction．Inthisthesis，wemainlystudytheapplicationcharacteristicsoffibergratingsensorsinthesensorfield．Thesystematicresearchoffibergratingsensortechnology，thepackagingdesignof

6、sensorheadandtheapplicationsoftemperature，strainandpressuremeasurementisstatedinthispaper，mainlyincludes：theresearchoffibergrating謝mnon-uniformphaseshift；fibergratingforsolid-liquidphasetransitionmonitoringandsensingapplicationsofsolutionconcentration；experimentalstudyo

7、fhightemperature，highpressureandstrain助ergratingsensorinthesteamboiler．Firstly，inthispaperwereviewedthedevelopmentprogressofthefibersensingtechnologyinthesensingareaandstatedthefeatureandadvantageofthefibergratingsensingtechnology；simplyintroducedthecoupled-modetheoryof

8、thefiberBragg孕撕ngandthetransfermatrixtheory；andanalyzedthereflectionspectrum’Sfeaturesofnon—uniformphaseshiftg