一种大量程高精度FBG位移传感器设计研究

论文摘要

近年来,光纤光栅传感技术已经成为传感领域内的研究热点之一,其理论基础和实用技术得到了快速的发展。由于光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度高、易于组网等优良特性,在诸多工程领域已经有广泛的应用。FBG位移传感器是目前电类和机械类位移传感器的重要补充,在很多领域都有广泛的应用,尤其在某些强电磁场、高辐射和强腐蚀性环镜中的应用。目前已经报道的FBG位移传感器有很多种,有的已经在工业现场得到应用。但是,目前已报道的FBG位移传感器,普遍适用于小位移测量,这也是由光纤光栅位移传感器的一个瓶颈问题。本论文利用光纤布拉格光栅作为敏感元件,提出并研制了一种大量程、高精度FBG位移传感器。该传感器与已有的光纤光栅位移传感器相比,具有更大量程的优点,并且结构简单,设计巧妙,既保证了大量程的需要,又满足了高精度的要求。全文共分四章,主要内容包括：第一章,综述了光纤光栅传感技术的发展现状及趋势。主要包括光纤光栅传感技术、光纤光栅传感研究现状及国内外不同结构的光纤光栅位移传感器的特性。第二章,利用耦合模理论对光纤光栅光学理论进行了研究。理论研究了光纤布拉格光栅的基本传感原理;分析了光纤布拉格光栅一些写制方法。第三章,光纤光栅位移传感器原理理论研究,并且在此理论研究的基础上,提出悬臂梁和行星轮系相结合的设计方案,并对其工作原理进行了理论研究。第四章,对自行研制的位移传感器进行实验研究,结果显示该传感器达到量程为150mm,精度14 pm/mm的指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤光栅传感器应用及参数传感
• 1.3 FBG位移传感器概述
• 1.4 本章小结
• 2 光纤光栅传感原理及写制技术
• 2.1 光纤光栅的分类
• 2.2 光纤光栅理论分析
• 2.3 光纤布拉格光栅的写制技术研究
• 2.4 本章小结
• 3 大量程FBG位移传感器设计
• 3.1 FBG传感器优点
• 3.2 FBG位移传感器理论
• 3.3 大量程FBG位移传感器实际结构设计
• 3.4 本章小结
• 4 大量程FBG位移传感器实验研究
• 4.1 传感器灵敏度
• 4.2 实验研究
• 4.3 本章小结
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 参考文献