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光纤传感技术的研究与应用开始于20世纪70年代中期,并获得了迅速发展。与传统传感器相比,光纤传感器有一系列独特的优点,如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、光路可弯曲,以及便于实现遥测等。光纤微弯传感器是强度调制型光纤传感器的一种,除了具有一般光纤传感器的优点外,还有自己的特点:所需部件少、费用低;结构简单、容易机械装配;具有较高的可靠性和安全性;特别适合在高温高压、易燃易爆、腐蚀性介质等恶劣环境下进行测量。
本文从理论和实验上对光纤微弯传感技术进行了系统的研究。论文对基于模式耦合理论的光纤微弯损耗机理进行了分析,研究了光纤微弯传感器的工作原理;基于光纤的微弯损耗效应,本文设计了一种简易的光纤微弯应力传感器,并对传感器的结构设计和其中的一些关键问题进行了讨论;对所设计的基于光纤微弯损耗的光纤应力传感器进行了性能测试实验和数据分析;最后探究了影响传感器特性的因素和主要误差来源。
实验结果表明,本文所设计的光纤微弯应力传感器在一定的应力范围内具有较高的灵敏度、较好的线性和重复性。此外,该传感器成本低、结构简单,便于组成多点分布测量系统,尤其在大型工程结构的实时监测、安全评估、故障诊断和损伤报警等方面有着较好的应用前景。