光纤Bragg光栅应变测量中温度分离和补偿的研究

摘要

本文以光纤Bragg光栅(FBG)为研究对象，对Bragg光栅在应变测量时温度分离和补偿进行了研究。主要内容包括两个部分：⑴设计了四种温度分离和温度补偿方案来解决光纤Bragg光栅对温度、应变交叉敏感的问题。前三种方案都采用了Bragg光栅与长周期光栅相结合的方式，利用了长周期光栅对温度具有高灵敏度的特性，且都避免了在同一光纤同一位置处写入两种光栅技术难，要求高的问题。另外，方案一和方案三都只需要一套光源和一套解调系统，大大降低了系统成本。方案四采用两个Bragg光栅粘贴的方式进行温度补偿。当粘贴的夹角不同时，应变的灵敏度也不同，通过数值计算得出：两夹角为90°时，应变灵敏度达到最高。⑵进行了Bragg光栅温度、应变标定实验和方案四验证实验。标定实验得出：光纤Bragg光栅对温度和应变均具有很好的线性响应特性，测量得出温度灵敏度系数为0.011nm/℃，应变灵敏度系数为0.0016nm/με。方案四实验结论：设计的方案可以有效的对光纤Bragg光栅在应变测量时进行温度补偿，消除了温度的变化对光纤Bragg光栅反射波长漂移量的严重影响，证明了方案的可行性。

目录

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声明

1绪论

1.1光纤光栅传感器的研究背景

1.2光纤光栅传感技术的研究与进展

1.2.1国外研究情况

1.2.2国内研究情况

1.3光纤光栅应变传感器的应用现状

1.4本论文主要内容

2 光纤光栅的理论及其制作技术

2.1引言

2.2光纤光栅的理论模型

2.2.1理论模型

2.2.2耦合模理论

2.2.3传输矩阵法

2.2.4 Fourier变换法

2.3光纤光栅的分类及制作技术

2.3.1光纤光栅的分类

2.3.2光纤光栅的写入技术

2.4本章小结

3光纤Bragg光栅的基本理论

3.1引言

3.2光纤Bragg光栅的基本结构和传感原理

3.3光纤Bragg光栅的Bragg条件

3.4光纤Bragg光栅温度传感模型

3.5光纤Bragg光栅应变传感模型

3.5.1均匀轴向应力作用下光纤Bragg光栅的传感模型

3.5.2均匀横向应力作用下光纤Bragg光栅的传感原理

3.6本章小结

4温度、应变的交叉敏感问题及解决方案

4.1引言

4.2温度、应变交叉敏感理论

4.3温度、应变交叉敏感问题的解决方案

4.3.1温度、应变双参数同时测量法

4.3.2温度补偿法

4.4本章小结

5 光纤Bragg光栅应变测量中温度分离和补偿方案设计及原理

5.1方案一：Bragg光栅和长周期光栅串联法

5.1.1长周期光栅传感原理

5.1.2方案原理

5.2方案二：Bragg光栅和长周期光纤光栅并联粘贴法

5.3方案三：长周期光栅参考法

5.4方案四：双光纤Bragg光栅交叉粘贴法

5.5本章小结

6光纤Bragg光栅应变测量中温度补偿方案的实验研究

6.1实验测试系统及其相关原理

6.2光纤Bragg光栅温度、应变标定实验

6.2.1温度标定

6.2.2应变标定

6.3方案实验过程及数据处理、分析

6.4本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献