微光纤法珀应变与折射率传感器的研究.pdf

电子科技大学
硕士学位论文
微光纤法珀应变与折射率传感器研究
姓名:刘为俊
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:饶云江
20080501
中文摘要光纤法珀传感器作为光纤传感器中极为重要的一类受到科研工作人员的青睐。相对于其它光纤传感器而言,光纤法珀传感器在分辨率、精度、动态范围以及实现方式等方面优势明显,是发展最为成熟、应用最为广泛的光纤传感器之一,目前在应变、折射率等的测量中已展开了广泛的研究和应用。本文对光纤法珀传感器的原理、分类、解调方法和光纤法珀传感器在折射率测量中的应用及光纤法珀传感器的复用原理做了详细的阐述。本课题拟在法珀传感器的解调精度和复用能力上探索更高性能的解调算法,为实现法珀传感器的规模应用奠定基础。本文主要工作和成果如下:在单个传感器的解调上,引入并分析了频率校正法、虯巢频率校正法直接以;。虼思扑慵虻ィ脖A袅薋的不足之处,存在着较大的误差。谐波恢复法的解调结果准确度高,效果稳定,但计算稍显复杂。唤鼋獾餍Ч茫壹扑懔恳步喜沽愕腇方法小,是很好的法珀解调方法。在微应变的解调上,慕獾鹘峁南咝远任.。传感特性,该传感器具有结构简单,使用方便的优点。采用干涉条纹计数的方法对法珀腔的反射光谱进行解调,避免了光强波动的影响,同时具有较宽的折射率变化为~。,实验结果曲线的线性度为饬烤ǘ任!.。在法珀腔的复用上,分析了各种并行法珀腔的频分复用解调算法。计算了傅里叶变换解调算法的频率分辨率与光源中心波长和带宽的关系。分别比较了隒、.⑿衅德式獾鞣椒ǖ男阅堋F渲谢狗治隽凶韵喙睾妥韵喙鼐卣蠖越獾餍Ч挠跋欤峁允静捎媒ソ偏的自相关函数及较大的自相关矩阵能得到较好的效果,解调效果也更稳定。此外还从多个方面比较了甅、之间的性能,.%的最小串扰率。最后采用嘈戳俗级Ρ洳恢复法在光纤法珀传感器解调中的应用,将它们与诟髦中阅苌献髁吮冉稀在折射率的测量上,分析了す庵谱鞯墓庀朔ㄧ暾凵渎蚀ǜ衅鞯范围。在段姆ㄧ昵磺怀け浠课.,等效的折射率
行频分复用解调程序。关键词:光纤法珀传感器,频率解调,应变,频分复用中文摘要
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缩略词表本征法珀干涉仪英文缩写英文全称中文名称自回归自回归滑动平均调频浠离散腔长变换非本征法珀干涉仪光纤布拉格光栅光纤法珀干涉仪法珀线型法珀干涉仪微非本征法珀干涉仪多重信号分类折射率.
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第一章绪论引言八十年代兴起的光纤传感器因具有抗干扰、耐腐蚀、高精度等特点而受到广泛关注。光纤法珀ǜ衅髯魑F渲凶盍餍械墓庀舜ǜ衅髦唬捎糜谟Ρ洹位移、温度、折射率、电压、电流等的检测¨!9庀朔ㄧ甏ǜ衅骶哂斜曛拘缘挠用对象集中在土建结构№哨4笮徒峁股枋┰谌嗣堑娜粘I缁嵘罴熬没疃衅着日益重要的作用,可以说人们就生活在由它们构成的环境当中,它们本身的安全与否就直接关系到人们生命财产的安全。同时大型结构设施是一个国家最昂贵的投资和最大的产业,它们容易受到自然灾害、施工质量及交通事故的影响和破坏。大型结构设施的安全事故会造成难以估量的生命及财产损失,甚至危害当地的社会稳定和经济发展。因此,对大型结构设施进行状态监测、掌握其安全状况、实现事故预先报警具有十分巨大的社会效益及科学价值。安全监测实际上是一个多参数的监测,但由于应力是反映结构受力与破坏状况的关键指标,而应力与应变又有对应关系,因此对土建结构进行应变测量,是结构状态监测的主要方法之一。目前常用的电阻应变片因其原理限制,容易受到引线连接质量及长度、环境温度及电磁场变化等的干扰,产生温漂、时漂,因此比较适合在较短时间内进行测量,因而常用在土建结构的一次性竣工验收测试中。而大型结构设施建设周期与使用寿命长,常规的电阻应变仪难以满足其施工监测以及服役期间的状态监测的需要,因此开发能满足大型民用基础设施健康监测要求的长期在线应变测量新方法及设备,