基于C型弹簧管的光纤布拉格光栅压力传感技术研究

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光纤光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一。由于它具有许多独特优点,因而在光纤通信、光纤传感等领域有着广阔的应用前景。光纤布拉格光栅(FBG)是一种光纤折射率受到周期调制的光纤型器件,该调制使光纤内传输的光信号的不同模式进行耦合,其作用相当于一个高反射窄带光反射镜。利用光纤布拉格光栅作为敏感元件的传感器,可对应力、温度、压力、加速度等多个外界量进行精确的检测。作为课题的关键器件,它的特性直接影响实验结果。本文系统阐述了光纤布拉格光栅的基本理论,包括:光纤光栅的分类、写入方法以及应用;利用耦合模理论分析了光纤布拉格光栅的光谱特性;分析了光纤布拉格光栅温度和应变的传感原理。通过温度传感实验,得出了与理论值较吻合的光纤布拉格光栅温度灵敏度系数。设计了一种基于C型弹簧管的光纤布拉格光栅传感结构,以光纤布拉格光栅对应变敏感的特性以及C型压力弹簧管表面应力分析为理论基础,将光纤布拉格光栅粘贴于C型压力弹簧管上的特定位置,将引入C型弹簧管的压力转化为光纤布拉格光栅中心波长的漂移量。通过压力传感实验,得到压力与光纤布拉格光栅中心波长漂移量的线性关系式。同时,基于温度传感实验和压力传感实验,设计了光纤布拉格光栅温度补偿实验,验证了参考FBG温度补偿的方法。论文的创新点是设计了一套新颖的基于C型弹簧管的光纤光栅压力传感实验系统;提出了一种新颖的基于C型弹簧管的光纤布拉格光栅粘贴方式,通过理论数据的推导,并与其他粘贴方式进行比较,本文提出的方案使得压力传感灵敏度显著提高;温度补偿实验验证了参考FBG温度补偿法的可行性。
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