【摘 要】
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布拉格光纤光栅传感器(FBGs)由于其结构简单、抗电磁干扰强、耐腐蚀、稳定性好、易于搭建传感网络等优点,被广泛应用于航空航天、石油化工以及生物医学等各个领域。但由于光纤光栅本身材料的限制,其温度灵敏度较低,在很多应用场景中并不适用,所以本文针对光纤光栅的温度增敏及其组网展开相关研究。主要完成的工作包括:本文调研了最近传感器国内外研究的趋势;阐述了常见的几种光学传感器以及其应用环境;总结了常见的两种
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布拉格光纤光栅传感器(FBGs)由于其结构简单、抗电磁干扰强、耐腐蚀、稳定性好、易于搭建传感网络等优点,被广泛应用于航空航天、石油化工以及生物医学等各个领域。但由于光纤光栅本身材料的限制,其温度灵敏度较低,在很多应用场景中并不适用,所以本文针对光纤光栅的温度增敏及其组网展开相关研究。主要完成的工作包括:本文调研了最近传感器国内外研究的趋势;阐述了常见的几种光学传感器以及其应用环境;总结了常见的两种组网复用技术,并针对光通信组网对比了两者之间的区别;然后以理想波为模型,推导了模式耦合方程,分析了光纤光栅的基本工作原理。首先研究了光纤光栅的增敏原理以及常见的几种增敏方法;设计了通过聚合物涂敷增敏的FBGs,通过OptiGrating仿真研究了普通的FBGs以及硅橡胶、环氧树脂、PDMS(polydimethylsiloxane)涂敷增敏的FBGs的性能,对比了三种材料增涂敷的FBGs相对于普通FBGs的温度灵敏度分别提升了1.7倍、2.7倍和8.6倍;其次研究了6种切趾函数应用于普通FBG的反射光谱;优化设计了一种新型切趾函数,通过对比研究,该切趾函数对反射光谱旁瓣振幅抑制幅度更大,且光谱半高宽度仅为0.2nm;通过Optic-System软件对光纤光栅级联的反射光谱进行检测,对比了切趾和未切趾、增敏和未增敏的FBG反射光谱,得出在光谱资源相同的情况下,优化切趾函数的FBGs能够增加15℃的检测范围;对光源加噪,分析了噪声对传感网络反射光谱的影响。最后应用Optic-System软件中对切趾增敏光纤光栅传感器的串联和并联网络反射光谱进行测量;设计了具有自愈性能得光纤光栅串并联结合得网络结构;计算了串联网络、并联网络以及串并联网络中系统的损耗;仿真研究了串并联网络在4FBGs和8FBGs进行组网的情况,并验证了串并联网络对网络稳定性的提升作用。
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