Fiber Bragg Gratings Sensor and its Applications

摘要

自布拉格光纤光栅(FBG)诞生以来，一直是光纤通信和光纤传感领域的研究热点。在光纤传感领域，布拉格光纤光栅有广泛的应用，例如压力传感、温度传感、生物传感、声学传感和电流传感等等。由于它的灵敏度高，可靠性好，体积小等优点，布拉格光纤光栅是嵌入式传感器的优先选择。
　　 本文对布拉格光纤光栅的理论进行了阐述，集中研究了布拉格光纤光栅的反射光谱，并利用直接法和传递矩阵法对FBG的反射谱进行了数值模拟。本文重点研究了布拉格光栅的相移，不同的相移对布拉格光纤光栅产生不同的响应，并利用这一特性进行了传感方面的应用研究。
　　 基于光纤光栅传感器的相变监测在布拉格光纤光栅传感领域是一种新应用。本文设计了一种布拉格光纤光栅传感系统来监测液固和气液相转变的过程。文章利用裸布拉格光纤光栅和经封装的布拉格光纤光栅对液固相变的过程进行了实验研究，实验结果表明了布拉格光纤光栅液固相转变测量技术的可能性。本文给出了监测液固相变的初步结果，利用布拉格光纤光栅实现了不同浓度溶液的检测，并且比较了不同实验方案之间的差异。为了使布拉格光纤光栅能在低温下工作，本文还做了大量有关封装的研究。
　　 本文还研究了利用布拉格光纤光栅监测蒸汽锅炉里的气液相变过程，设计了一系列的分布式布拉格光纤光栅传感系统，对蒸汽锅炉内不同位置处的温度、应力进行实时监测。设计了两种压力传感器，其中一个基于硅胶柱，另一个基于弯曲梁。本文测试了每一个压力传感器的响应，并给出了传感器在蒸汽锅炉里气液相变过程的初步测试结果。