光纤光栅温度和应变测量理论与实验研究

摘要

本文首先综述了光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的研究现状,研究了FBG中心波长与温度、应变和压力的依赖关系；其次设计并搭建了基于可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器的FBG温度和应变传感系统,利用统计光学的方法对传感系统的最小可检测温度和应变进行了理论推导及仿真,仿真结果表明传感系统的最小可检测温度和应变分别为0.68℃和5.83με；然后理论分析了参考光栅消除可调谐F-P滤波器腔长漂移引起的测量误差的原理,选用高斯拟合寻峰算法作为传感系统的波长解调算法,采用LabVIEW设计实现了相应的波长解调软件；最后对传感系统的性能进行了测试,测试结果表明传感系统具有良好的准确性、线性和重复性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤光栅传感技术的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 光纤布拉格光栅相关理论及其传感原理

2.1 光纤布拉格光栅的耦合模理论

2.2 光纤布拉格光栅传感原理

2.2.1 光纤布拉格光栅温度传感原理

2.2.2 光纤布拉格光栅应变传感原理

2.2.3 光纤布拉格光栅压力传感原理

2.3 光纤布拉格光栅传感器温度和应变的分辨技术

2.3.1 参考光纤光栅法

2.3.2 双波长光纤光栅法

2.3.3 FBG谐波法

2.3.4 蚀刻FBG法

2.4 光纤布拉格光栅传感器的参数指标

2.4.1 FBG传感器带宽

2.4.2 FBG反射率

2.4.3 FBG传感器的长度

2.4.4 边模抑制比

2.5 光纤布拉格光栅传感器的复用技术

2.5.1 波分复用

2.5.2 时分复用

2.5.3 空分复用

2.6 光纤布拉格光栅传感器的波长解调技术

2.6.1 非平衡M-Z 干涉仪法

2.6.2 可调谐F-P滤波器法

2.6.3 可调谐窄带光源法

2.7 小结

第三章 基于可调谐F-P滤波器的FBG传感系统设计

3.1 基于可调谐F-P滤波器的FBG传感系统方案设计

3.2 参考光栅消除F-P滤波器腔长漂移引起的测量误差的原理

3.3 传感系统最小可检测温度和应变的理论推导及仿真

3.4 传感系统主要功能器件的选择

3.4.1 宽带光源的选择

3.4.2 可调谐F-P滤波器的选择

3.4.3 光电检测器的选择

3.4.4 数据采集卡的选择

3.5 传感系统调试与结果

3.6 传感系统波长解调算法的确定

3.7 高斯拟合寻峰算法的原理

3.8 传感系统波长解调软件的设计

3.8.1 数据采集模块的LabVIEW实现

3.8.2 数据处理模块的LabVIEW实现

3.8.3 波长解调模块的LabVIEW实现

3.9 小结

第四章 传感系统测试实验

4.1 传感系统准确性实验

4.2 传感系统线性实验

4.3 传感系统重复性实验

4.4 传感系统的性能分析及提高系统测量精度的方法

4.5 小结

第五章 总结

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况