光纤光栅压力与温度双参量传感器的研究

摘要

光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一。与传统电类传感器相比，光纤Bragg光栅传感器具有结构简单、可靠性好,抗腐蚀、抗电磁干扰能力强复用能力强，便于构成各种形式传感网络，进行大面积的多点测量等优点。由于光纤光栅传感器自身具备许多不可替代的优越性，因此受到越来越多的科研工作者和工程技术人员的青睐。本文的主要研究工作与成果如下：
　　首先，在布拉格方程基本表达式的基础上分析了光纤Bragg光栅应变、温度传感特性，以及温度应变传感的耦合作用。同时研究了光纤Bragg光栅应变传感的温度补偿方法。
　　其次，以光纤Bragg光栅应变传感特性为基础，结合应变式压力传感器的设计方法，提出一种基于平膜片-等强度梁的光纤Bragg光栅压力传感器的设计方案。该结构的压力传感器采用双光栅差动结构，在提高检测灵敏度的同时，实现了温度的自补偿。
　　第三，基于光纤Bragg光栅应变、温度测量原理，结合大坝及公路软基等岩土工程的要求，研制出一种新型的压力、温度可同时测量的光纤Bragg光栅渗压计，并以压力传感特性为重点对其进行了实验研究。研究表明光纤Bragg光栅渗压计有良好的压力、温度传感特性和温度自补偿效果，其压力特性曲线具有良好的迟滞特性、线性度和重复性，适合大坝或公路软基渗透水压力的监测。

目录

光纤光栅压力与温度双参量传感器的研究

STUDY ON FBG-BASED SENSOR FORSIMULTANEOUS DUAL-MEASUREMENTOF PRESSURE AND TEMPERATURE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 光纤光栅传感技术的研究与进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.2.3 光纤光栅压力传感器现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 光纤光栅传感原理及传感模型

2.1 引言

2.2 光纤光栅传输的基本理论

2.2.1 光纤的结构及原理

2.2.2 光纤布拉格光栅的基本结构及原理

2.2.3 光纤布拉格光栅基本传输理论

2.3 光纤布拉格光栅传感特性

2.3.1 光纤布拉格光栅应变传感模型

2.3.2 光纤布拉格光栅温度传感特性

2.3.3 温度应变耦合模型

2.4 光纤光栅传感的应变、温度交叉敏感分离技术

2.4.1 温度补偿法

2.4.2 温度、应变双参数同时测量法

第3章 光纤光栅压力传感器的理论设计

3.1 引言

3.2 传感器的设计原则

3.3 光纤光栅压力传感器结构方案

3.4 光纤光栅压力传感器理论分析

3.4.1 力学性能分析

3.4.2 光纤光栅压力传感器温度补偿

3.4.3 光纤光栅压力传感器传感特性分析

3.4.4 灵敏度分析

3.5 本章小结

第4章 光纤光栅渗压计设计

4.1 前言

4.2 光纤光栅渗压计结构

4.3 光纤光栅渗压计传感特性

4.3.1 压力测试性能分析

4.3.2 温度测试性能分析

4.4 光纤光栅渗压计结构设计

4.4.1 平膜片设计

4.4.2 等强度梁设计

4.4.3 其他组成部分设计

4.5 本章小结

第5章 光纤光栅渗压计性能实验

5.1 引言

5.2 光纤光栅渗压计的制作

5.3 光纤光栅渗压计压力性能测试

5.3.1 压力测试性能实验

5.3.2 温度补偿实验

5.4 光纤光栅渗压计温度性能测试

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢