西北大学硕士学位论文双参量同时区分测量光纤光栅传感的研究姓名兆雪申请学位级别硕士专业光学指导教师白晋涛20090615西北大学硕士学位论文摘要光纤布拉格光栅是一种国际上新兴的应用于光纤通讯、光纤传感等光电子处理领域并有着广泛应用前景的基础性光纤器件。当前的制作与应用研究成为世界各国光纤技术研究的热点和重点。布喇格光纤光栅传感器是利用波长对温度、应变的敏感特性制成的一种新型光纤传感器它具有抗电磁干扰、精度高、长期稳定性好、能多点分布检测等优点在大型复合材料和混凝土的结构监测、智能材料的性能监测、电力工业、医药和化工等领域有着广阔的应用前景。本文针对光纤光栅传感器的温度和应变的交叉敏感这一关键问题进行了分析讨论并给出自己的设计方案。首先总结了光纤光栅温度应变同时区分测量技术的国内外发展现状以及其关键技术和难点。其次对于光纤光栅温度传感、应变传感的传感原理和传感方法做了总结。然后叙述了光纤光栅传感器双参量的传感原理归纳了现有的光纤光栅传感器双参量同时区分测量方法并且对其优缺点进行了分析总结。最后提出了一种基于悬臂梁结合的光纤光栅温度应变同时区分测量的设计方案。通过在悬臂梁侧面粘贴一个光纤布拉格光栅根据光纤光栅对在应力作用下产生大小相等、方向相反的布拉格波长漂移量运用理论分析来实现温度、应变的同时区分测量。关键词光纤光栅区分测量交叉敏感摘要曲——‘西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名堇重指导教师躲一川年占月一上日川年占月圹日西北大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知除了文中特别加以标注和致谢的地方外本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名据夔川年占月日西北大学硕士学位论文光纤光栅的发展现状第一章绪论年】等人首次观察到掺锗光纤的光敏效应并采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅。年美国联合技术研究中心的等人突破性的用准分子激光泵浦激光器输出的紫外光干涉条纹侧面照射掺锗石英光纤研制出世界上第一只光纤光栅。而且这种光栅在。以下稳定不变但在以上高温可擦除。年等人提出了相位掩膜制造法使光纤光栅的大批量生产成为可能光纤光栅器件走向实用化。光纤光栅的技术的实现是科技发展重要的一级里程碑。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性而所谓光纤中的光敏性即指掺杂光纤中通过激光时光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化这种现象也称为光致折射率变化效应。在纤芯内形成空间相位光栅其实质是在纤芯形成一个窄带的滤波或反射镜。利用这些特性可构成许多性能独特的光纤无源器件【】。在光纤光栅器件所蕴含的传感特性条件下并在其潜在的应用背景下在近半个世纪中随着研究人员对光纤光栅的传感特性认识的深入在工作原理、制作工艺及应用技术等研究方向上都进行了一定程度的研究肼】。在光纤光栅传感领域目前研究方向有以下几个方面在形成机理方面根据光的干涉、衍射、调制、存储吸收、衰减等基本原理研究了光栅的形成过程及不同光栅常数、不同光栅结构、不同光栅特性的形成原因。在传光规律方面利用耦合模式法、矩阵变换法、包络函数法、多层介质薄膜法、介质光程法和傅立叶函数变换法等多种数学物理模型来揭示光纤光栅对光的反射、透射、衍射等规律描述光纤光栅的线性与非线性、均匀与非均匀、动态与非动态等特性。在制作技术方面目前比较成熟的制作技术有侧面全息相干法、振幅法、相位法和逐点写入法亦包括制作材料、掺杂材料、热处理技术和封装技术等的研究。在实际应用方面由于光纤光栅作为传感器具有波长编码、波分复用、自相关特性等优点国外已在民用建筑工程大坝、大桥、高楼中的应力应变、压力温度检测第一章绪论航天航空飞行器中发动机火煜温度检测、部件压力应变检测、船舶航运业、石油化工业、电力工业、核工业、医学等众多信息高科技领域中已得到一定程度的研发和应用。民用结构的光纤光栅传感器在近十几年里光纤光栅传感器的研究领域中研究者们的目光转向了民用结构如何通过传感器的特性反馈信息达到传感器系统的智能化。研究者们希望在重大工程中使用者可以及时发现埋藏在深处不易观测的问题达到实时进行安全检测的目的。民用结构的光纤光栅传感器因此广泛应用于桥梁、大坝、