光纤EFPI-FBG复用温度与压力传感器系统研究

摘要

非本征法布里-珀罗干涉(ExtrinsicFabry-PerotInterferometric，EFPI)光纤传感器和光纤布拉格光栅(FiberBraggGratings，FBG)传感器由于其结构简单、体积小、可靠性好和灵敏度高，被认为具有广泛的工业应用前景。高温、高压、强电磁干扰的恶劣工业环境下的温度和压力测量是光纤传感器应用的一个重要方向。本文在EFPI-FBG传感器串联复用方面做了深入的研究，主要工作如下： 建立了基于光纤F-P腔与FBG串联复用结构传感器的解复用数学模型，分析了串联复用中FBG与F-P腔光谱的叠加对各自解调的影响。通过对该模型的分析得到了分离FBG与F-P腔光谱的方法，从而实现了双参数测量高精度解调的目的。实验上采用基于扫描激光器的波长查询系统验证了该方法的有效性。实验结果表明，该解调方法可以消除串联复用时光纤F-P腔与FBG之间的交叉干扰，光纤F-P腔的解调数据最大离散值小于0.2nm，FBG峰值反射波长测量数据最大离散值小于0.7pm。 实验上研究了光纤F-P和FBG串联复用传感器系统的工作特性。该传感器专为高温油井井下长期监测的压力和温度而设计。传感头由一个FBG温度传感器和一个F-P压力传感器串联复用而成，该传感系统集成了FBG温度传感器结构简单、测温精度高和F-P传感器能够直接感测环境压力，低温度-压力交叉敏感性等优点。实验结果表明，该传感器的温度测量精度达到0.5℃，在压力范围为0-30MPa和在温度变化范围18℃-300℃的环境下，长期压力测量精度达到了0.03MPa，F-P腔长的长期(300小时)漂移小于0.1％。

目录

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1 绪论

1.1选题依据和意义

1.2光纤EFPI传感器和FBG传感器的特点及发展过程

1.2.1非本征法布里-珀罗光纤传感器的特点和发展历史

1.2.2光纤布拉格光栅传感器的发展历史

1.3光纤EFPI和FBG传感器复用研究进展

1.4论文研究的内容和结构

2法布里—珀罗光纤传感器基本原理

2.1法布里-珀罗光纤传感器基本原理

2.1.1本征型法布里-珀罗光纤传感器

2.1.2非本征型法布里-珀罗光纤传感器

2.2 EFPI传感器的干涉原理

2.3 EFPI光纤传感器传感机理

2.3.1 EFPI 光纤传感器压力传感机理

2.3.2 EFPI 光纤传感器温度传感机理

2.4 EFPI光纤传感器解调原理

3光纤布拉格光栅传感器基本原理

3.1 Bragg光栅结构

3.2光纤布拉格光栅温度传感原理

3.3光纤布拉格光栅波长解调原理

4光纤F-P腔与FBG串联复用传感系统

4.1光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法

4.1.1理论模型及数值模拟

4.1.2实验结果及分析

4.2光纤F-P与FBG串联复用传感器实验研究

4.2.1传感系统组成

4.2.1传感系统工作原理

4.2.2实验结果及讨论

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢