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编码式光纤布拉格光栅传感网络的研究与应用

编码式光纤布拉格光栅传感网络的研究与应用

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作者：范典武汉理工大学

学位级别：硕士

传感器有着非常广泛的应用领域,多年来一直是研究热点。光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中,因而比其它传感器有更广阔的应用范围。由于光纤光栅传感器采用数字式测量技术,具有精确度高、... 详细信息

传感器有着非常广泛的应用领域,多年来一直是研究热点。光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中,因而比其它传感器有更广阔的应用范围。由于光纤光栅传感器采用数字式测量技术,具有精确度高、稳定性好、不易受外界各种因数的干扰等特点。但目前的光纤光栅传感技术受到系统检测容量过小的限制,不能应用于大型复杂工程的监测使用。同时,由于一个系统中光纤光栅传感探头的数量太少,使单个光纤光栅传感探头的成本太大,这也削弱了光纤光栅传感系统在市场中的竞争力,如果能够增大系统的容量,单个光纤光栅传感探头的成本就会下降,从而使光纤光栅这一先进的传感技术能够得到更广泛的应用。本课题研制一种编码式光纤光栅传感检测系统,该系统引入多维编码光纤光栅传感复用新方法。在光纤的同一位置,制作两个或者两个以上不同波长的光纤布拉格光栅,称之为编码式光纤光栅。利用编码式光纤光栅的布拉格波长对待测对象的位置和温度、应力、应变等进行编码,当待测对象的环境参量发生变化时,与之对应的编码,即编码式光纤光栅的布拉格波长随之同时同点发生变化,借以提高传感系统的容量,实现对特定对象(如油罐、油气管道、高压变电站等)的温度以及应力、应变等的准分布式定点测量。编码式光纤光栅能够在增加很少成本的基础上,提供与单光栅相比多数倍的信息量,不仅可以实现利用一个传感器检测多个参量,而且将编码技术引入传感领域,将编码技术与传感技术结合起来。光纤光栅传感技术具有极高的准确性和很好的长期稳定性,但光纤光栅解调设备制造成本很高,限制了光纤光栅传感技术的应用。编码式光纤光栅的制作及其在编码式光纤光栅检测系统中的应用,使其不仅能保持原有优点,而且大幅提高单个系统的检测容量,从而为市场化应用打下坚实的基础。本文涉及到信息、电学、材料等方面,主要做了以下工作: 1.分析现有的基于光纤光栅的传感复用技术,比较各种技术的容量、串扰等系统性能;2.设计编码式光纤光栅传感网络,包括制备编码式FBG传感阵列,适用于不同物理量测量的波长解调系统的研究,设计寻址解码程序和通过信息融合技术实现被测物理现象的重构;3.使用金属化封装技术制备FBG传感器,并通过实验证明其优于以往的传感特性;4.提出一种适用于高瞬态量测量的双边缘滤波波长解调系统,并通过理论和实验两方面证明其系统性能。

关键词：编码光纤布拉格光栅传感复用技术传感网络信息融合封装技术波长解调

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编码式光纤光栅的制作与应用研究

编码式光纤光栅的制作与应用研究

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作者：梅加纯武汉理工大学

学位级别：硕士

传感器有着非常广泛的应用领域，多年来一直是研究热点。光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中，因而比其它传感器有更广阔的应用范围。由于光纤光栅传感器采用数字式测量技术，具有精确度高... 详细信息

传感器有着非常广泛的应用领域，多年来一直是研究热点。光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中，因而比其它传感器有更广阔的应用范围。由于光纤光栅传感器采用数字式测量技术，具有精确度高、稳定性好、不易受外界各种因数的干扰等特点。但目前的光纤光栅传感技术受到系统检测容量过小的限制，不能应用于大型复杂工程的监测使用。同时，由于一个系统中光纤光栅传感探头的数量太少，使单个光纤光栅传感探头的成本太大，这也削弱了光纤光栅传感系统在市场中的竞争力，如果能够增大系统的容量，单个光纤光栅传感探头的成本就会下降，从而使光纤光栅这一先进的传感技术能够得到更广泛的应用。本课题研制一种编码式光纤光栅传感检测系统，该系统引入多维编码光纤光栅传感复用新方法。在光纤的同一位置，制作两个或者两个以上不同波长的光纤布拉格光栅，称之为编码式光纤光栅。利用编码式光纤光栅的布拉格波长对待测对象的位置和温度、应力、应变等进行编码，当待测对象的环境参量发生变化时，与之对应的编码，即编码式光纤光栅的布拉格波长随之同时同点发生变化，借以提高传感系统的容量，实现对特定对象(如油罐、油气管道、高压变电站等)的温度以及应力、应变等的准分布式定点测量。编码式光纤光栅能够在增加很少成本的基础上，提供与单光栅相比多数倍的信息量，不仅可以实现利用一个传感器检测多个参量，而且将编码技术引入传感领域，将编码技术与传感技术结合起来。光纤光栅传感技术具有极高的准确性和很好的长期稳定性，但光纤光栅解调设备制造成本很高，限制了光纤光栅传感技术的应用。编码式光纤光栅的制作及其在编码式光纤光栅检测系统中的应用，使其不仅能保持原有优点，而且大幅提高单个系统的检测容量，从而为市场化应用打下坚实的基础。本文涉及到材料、光学、机电等方面，主要做了以下工作： 1．阐述了光纤光敏性的机理，以及光纤载氢增敏方法及其数学模型;2．提出编码式光纤光栅的概念，分析了其传感原理和传感性能;3．提出并研究了一种新的多维编码光纤光栅传感复用方法;4．对编码式光纤光栅传感系统进行了实验研究，阐述了其市场应用。

关键词：光纤光栅光纤传感传感复用技术编码多维编码

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