无外加应力应变的光纤Bragg光栅温度传感器

论文摘要

在工业生产的许多领域中,都需要对温度进行检测。然而在一些特殊的应用环境中,例如高电磁干扰、易燃易爆、强腐蚀环境等,传统的基于电信号传输的温度检测系统很难满足应用需要,这就要求新型温度传感器具有安全性高、绝缘性能好、抗电磁干扰能力强、响应速度快、耐高温、体积小、可重复利用等优点。而采用光纤Bragg光栅传感技术的温度传感器在这一方面具有其独特的优势。根据光纤光栅传感特性可知,光栅同时对外加应力应变和温度敏感,所以在设计光纤光栅温度传感器时要解决外加应力应变对温度传感器光栅波长偏移值影响的问题。本文设计了一种对外加应力应变不敏感的光纤光栅温度传感器,通过双层结构消除外加应力应变对Bragg波长的偏移值影响。建立了光纤光栅温度传感器模型中温度变化量与Bragg波长的偏移值的对应关系。研制了一种对外加应力应变不敏感的光纤Bragg光栅温度传感器。首先对光纤Bragg光栅温度传感器进行材料选择,并根据材料选择和外管受力分析进行温度传感器各参数的计算,对温度传感器结构尺寸进行设计。最后对加工好的各单体器件进行封装。进行了光纤Bragg光栅温度传感器的实验,通过改变水压验证封装后的光纤Bragg光栅温度传感器是否对外加应力应变不敏感。采用水浴法进行测温实验,根据实验数据得到光纤Bragg光栅温度传感器的各项静态性能指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 常用温度传感器研究现状
• 1.2.1 温度传感器历史发展
• 1.2.2 常用温度传感器测温原理
• 1.3 光纤Bragg光栅温度传感器研究现状
• 1.3.1 光纤Bragg光栅温度传感器的发展
• 1.3.2 光纤光栅温度传感器与传统温度传感器技术对比
• 1.4 论文的研究内容
• 第二章 无外加应力应变的光纤Bragg光栅温度传感器设计
• 2.1 引言
• 2.2 光纤Bragg光栅温度传感器的传感结构及工作原理
• 2.2.1 光纤Bragg光栅温度传感器的传感结构
• 2.2.2 光纤Bragg光栅温度传感器的工作原理
• 2.3 光纤Bragg光栅温度传感器的传感模型
• 2.3.1 光纤Bragg光栅温度传感器的传感模型
• 2.3.2 预留光纤余长
• 2.4 总结
• 第三章 无外加应力应变的光纤Bragg光栅温度传感器研制
• 3.1 引言
• 3.2 加工材料
• 3.2.1 材料选择
• 3.2.2 粘贴剂的选取
• 3.3 光纤Bragg光栅温度传感器加工参数
• 3.3.1 光纤Bragg光栅温度传感器外管尺寸设计
• 3.3.2 光纤Bragg光栅温度传感器内管尺寸设计
• 3.3.3 光纤Bragg光栅温度传感器双管尺寸图
• 3.3.4 光纤Bragg光栅温度传感器双管预留光纤余长
• 3.4 温度传感器封装
• 3.5 总结
• 第四章 光纤Bragg光栅温度传感器实验与分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验原理
• 4.3 测温实验
• 4.3.1 实验准备
• 4.3.2 光纤光栅温度传感系统的组成
• 4.3.3 温度传感器调试
• 4.3.4 测温实验
• 4.4 温度传感器性能指标
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文与参加课题