论文题目: 光纤Bragg光栅应变传感技术及其应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 吴晓冬
导师: 陈军
关键词: 光纤光栅,应变传感,静态传感,动态传感,传感网络,时分复用,波分复用,温度控制,悬臂梁
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,光纤光栅及其在光纤传感器和光纤通信领域中的应用研究引起了人们普遍的关注。光纤光栅是一种性能优良的敏感元件,可以对温度、压力和应变等进行传感。尤其是在一根光纤中可连续写入多个光栅构成光栅阵列,因此,将光纤光栅阵列与波分和时分复用技术相结合,实现网络传感。这种传感器在大型结构（如水坝、桥梁、重要建筑和飞行器、舰艇等）和特殊场合（如矿井、油田等）的安全监测方面具有极为广泛的应用前景。 本人作为浙江大学与德国波茨坦地学研究中心（GeoForschungsZenturm Potsdam）联合培养的博士研究生,由德国联邦教育与科技部（BMBF）（项目编号 CHN/167）和德国波茨坦地学研究中心资助,在德国进行了为期一年半的研究工作。在此期间参与了欧盟的Corinth Rift Laboratory中的3F（Faults,Fractures & Fluids）-Corinth研究项目和德国的Potsdam Kaiser Bahnhof建筑现场应变监测项目,这些项目的特点是光纤Bragg光栅传感器的应用的工程化。 本文主要以光纤Bragg光栅（FBG）为研究对象对光纤Bragg光栅静态应变传感网络、光纤Bragg光栅动态应变传感、光纤Bragg光栅传感技术与其他传感技术比较以及光纤Bragg光栅应变传感特性等方面进行了研究。主要内容包括: 介绍分析光纤光栅特性的基本理论,用耦合模理论分析了均匀周期光纤Bragg光栅的光谱特性,并从理论上分析了光纤Bragg光栅对温度和应变的传感原理,讨论了光纤Bragg光栅应变传感技术。 提出并建立了一套完整的分布式光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统。该系统着重研究解决了光纤Bragg光栅静态应变传感网络技术的现场实际应用问题。系统解决了波分复用和时复复用的结合技术,实现光纤Bragg光栅深度传感网络。系统解决了光纤Bragg光栅静态应变传感现场应用传感数据精度和可靠性问题,在获得高精度传感信号同时能够识别错误信号;提出了光纤Bragg光栅静态应变传感器在恶劣应用环境中的备份方案;应用计算机软件对系统进行测量控制与管理,实现了智能化集中控制系统;实现了远程控制管理。 提出并建立了一套基于温度控制滤波光纤Bragg光栅的光纤Bragg光栅动态应变传感系统。解决了因传感环境温度变化带来的传感光纤Bragg光栅的Bragg波长漂移和窄带滤波器滤波波长的匹配问题。系统采用计算机完全控制,实现了智能化动态光纤Bragg光栅动态应变传感。本系统的信噪比达到15dB,动态应变传感精度达到了9.745×10-10/(Hz1/2),绝对应变测量值达到了160nε。 对光纤Bragg光栅应变传感器在悬臂梁结构上的应变传感进行了研究。将
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1-1 光纤光栅发展概况
§1-2 光纤光栅制作技术
§1-3 光纤光栅类型
§1-4 光纤光栅在传感器领域的应用
§1-5 本文主要研究内容
第二章 光纤Bragg光栅传感原理
§2-1 引言
§2-2 光纤光栅反射特性的研究
§2-3 光纤Bragg光栅温度与应变传感原理
§2-4 光纤Bragg光栅Bragg波长信号传感技术
§2-4-1 光纤Bragg光栅Bragg波长信号解调基本原理
§2-4-2 基本光纤Bragg光栅传感系统
§2-4-3 光纤Bragg光栅静态应变解调技术
§2-4-4 光纤Bragg光栅动态应变解调技术
§2-5 小结
第三章 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统研究
§3-1 引言
§3-2 光纤Bragg光栅静态应变传感网络复用技术原理
§3-3 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统设计
§3-3-1 概要设计
§3-3-2 Bragg波长信号解调设计
§3-3-3 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统的几个关键问题
§3-3-4 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统硬件装置
§3-3-5 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统软件控制平台
§3-4 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统3F-Corinth项目应用实验
§3-4-1 应用项目概况
§3-4-2 光纤Bragg光栅传感器安装
§3-4-3 实验测量设置与结果
§3-5 光纤Bragg光栅静态应变传感网络系统Kaiser Bahnhof项目应用实验
§3-6 小结
第四章 光纤Bragg光栅动态应变传感研究
§4-1 引言
§4-2 基于温控光纤Bragg光栅滤波解调技术的光纤Bragg光栅动态应变传感系统结构与装置
§4-3 温控光纤Bragg光栅滤波解调技术
§4-4 工作点设定
§4-5 系统传感理论模型
§4-6 系统控制与处理软件
§4-7 测试结果与分析
§4-8 小结
第五章 光纤Bragg光栅应变传感器悬臂梁应用研究
§5-1 引言
§5-2 光纤Bragg光栅传感器的悬臂梁静态应变传感
§5-2-1 悬臂梁应变理论计算
§5-2-2 悬臂梁光纤Bragg光栅应变传感系统
§5-2-3 悬臂梁光纤Bragg光栅应变传感实验结果
§5-3 光纤Bragg光栅传感器的悬臂梁动态应变(振动)传感
§5-3-1 传感理论分析
§5-3-2 数据采集系统
§5-3-3 实验结果与分析
§5-4 悬臂梁的光纤Bragg光栅动态应变(振动)传感系统与振动模态分析比较
§5-5 悬臂梁振动模型的有限元数值分析与光纤Bragg光栅振动传感系统实验结果比较
§5-5-1 有限元方法数值计算方法
§5-5-2 实验的有限元分析
§5-6 小结
第六章 光纤Bragg光栅应变传感特性研究
§6-1 引言
§6-2 光纤Bragg光栅应变传感特性的实验
§6-2-1 系统原理装置
§6-2-2 光纤Bragg光栅应变传感的记忆效应
§6-2-3 光纤Bragg光栅应变传感的线性研究
§6-3 小结
第七章 总结
参考文献
攻读博士期间发表的论文和科研成果
致谢
发布时间: 2005-07-27
参考文献
- [1].Bragg光纤光栅的制作及在传感器和光纤放大器中应用研究[D]. 于永森.吉林大学2005
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- [3].光纤Bragg光栅传感技术及其生化传感应用研究[D]. 罗彬彬.电子科技大学2012
- [4].新型Bragg光栅及其在可调谐半导体激光器中的应用[D]. 何晓颖.华中科技大学2009
- [5].聚合物Bragg光纤光栅的制作及其传感特性的研究[D]. 程旭升.中国科学技术大学2011
- [6].基于Bragg体光栅的光束近场特性与控制技术研究[D]. 高帆.苏州大学2016
- [7].基于掺铒(Er3+)光纤混沌激光的Bragg光栅静冰压力传感系统的研究[D]. 张丽.太原理工大学2015
- [8].耐高温光纤光栅的飞秒激光制备及其应用研究[D]. 陈超.吉林大学2014
- [9].光纤光栅传感技术基础研究[D]. 钱颖.吉林大学2009
- [10].基于特种布拉格光栅的模式转换器和滤波器的研究[D]. 郜雅.华中科技大学2016
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