光纤传感器灵敏度与探头机械性能关系的研究

论文摘要

与普通机械、电子类传感器相比,光纤传感器具有灵敏度高、动态范围大、使用方便、体积小、重量轻、易于单纤集成以及抗电磁干扰能力强等优点,有着非常大的发展潜力和应用前景。其中,干涉型光纤弱磁传感器和光纤光栅应变传感器是当今两个比较热点的研究方向。本文研究对象就是与这两种光纤传感器相关的技术,主要分析了这两种传感器灵敏度与各自探头机械性能参数的关系,内容如下:1.对基于磁致伸缩材料的光纤干涉型微弱磁传感器探头进行了有限元模态分析,建立了相关数学模型,模拟计算了探头的前40阶固有机械谐振频率。研究表明,其中第32阶谐振频率上探头的灵敏度最高,这一分析结果与实验结果基本一致,验证了所建立的理论模型的有效性。通过对探头的模态分析,可使探头的设计和制作得到优化,为提高系统的灵敏度提供了依据。采用有限元谐响应分析方法计算了在多种磁致伸缩环尺寸和不同缠绕光纤长度条件下光纤磁传感探头的机械形变情况,计算结果表明:增大磁致伸缩环带的外半径和宽度、或者增加粘贴在磁致伸缩环带上的传感光纤长度,均可以使传感探头的最大形变增大,提高换能器的应变灵敏度。2.对基于机械形变的光纤光栅应变传感器建立了探头机械形变

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 传感技术概述
• 1.2 光纤传感技术及其发展状况
• 1.3 本论文所做的主要工作及结构安排
• 2 光纤磁传感器灵敏度与探头机械性能关系的研究
• 2.1 干涉型光纤微弱磁传感器的原理及问题
• 2.2 探头机械谐振模型及理论原理
• 2.3 谐振模型的有限元分析
• 2.4 实验验证与比较
• 2.5 系统灵敏度与探头机械参数的关系分析
• 2.6 本章小结
• 3 光纤光栅应变传感器灵敏度与探头机械性能关系的研究
• 3.1 光纤光栅传感技术及发展现状
• 3.2 探头机械形变模型及理论原理
• 3.3 ANSYS 有限元分析及结果
• 3.4 实验验证与比较
• 3.5 本章小结
• 4 封装结构对光纤光栅应变传感器灵敏度影响的研究
• 4.1 实验系统的热缩套管封装工艺
• 4.2 封装FBG 增敏理论原理
• 4.3 ANSYS 有限元计算及分析
• 4.4 实验验证及对比分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文