光纤光栅温度传感器中应变与温度交叉敏感问题研究

摘要

光纤光栅传感器以其传感单元体积小、感应灵敏度高、不受电磁波干扰、易于多点监测等特点，在诸多传感领域得到广泛应用，为人们带来巨大的经济效益和更为安全便捷的生活方式。而锥形光纤Bragg光栅所具有的特性可以很好的解决温度与应力交叉敏感问题。
　　本文通过建立数学模型，结合传输矩阵法，首先仿真研究线性锥面的锥形光纤Bragg光栅的轴向应变与温度的传感特性。接着提出一种具有抛物线性锥面的非线性锥形光纤Bragg光栅，并且采用相同的光纤光栅参数，将这两种光栅进行对比研究。结果表明，两种锥形光纤光栅的反射带宽只依赖于应力大小而与温度无关，其中线性锥形光栅反射带宽及中心波长均与应力大小成线性关系，而抛物线型的反射带宽与应力大小成非线性关系，但两者的温度传感特性一致，说明改变光纤外部结构形状并不影响温度灵敏度。
　　最后，本文利用电弧放电技术制作锥形光纤光栅，研究其轴向应力和温度传感特性，应变灵敏度和温度灵敏度分别为0.946pm/με和0.0118nm/℃。光谱特性表明，在光栅反射谱峰中有透射峰出现，透射峰中心波长与反射谱两侧边缘的距离大小不受温度的影响，但随着轴向应力增大，透射峰中心波长逐渐向反射谱长波方向移动。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2光纤光栅的发展现状

1.3光纤光栅在传感领域的应用

1.4 锥形光纤光栅发展历程

1.5 论文主要工作内容

第二章 光纤光栅理论分析

2.1 引言

2.2光纤光栅基本理论

2.3光纤Bragg光栅传感原理分析

2.4温度-轴向应变交叉敏感理论

2.5交叉敏感问题不同解决方案

第三章 锥形光纤光栅传感特性仿真与分析

3. 1锥形光纤光栅传感理论分析

3.2 线性TFBG传感特性的仿真研究

3.3具有非线性锥形面的TFBG传感特性研究

3.4本章小结

第四章 锥形光纤光栅传感特性实验研究

4.1 引言

4.2 熔融拉锥法制得锥形光栅反射谱特性

4.3 电弧放电法制得锥形光栅传感特性

4.4 轴向应变与温度对透射峰的影响

4.5本章小结

第五章 总结及展望

参考文献

附录：作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢