光纤传感器技术研究

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1、毕业设计（论文）开题报告学牛姓名专业通信工程学号设计（论文）题目光纤传感器技术研究开题报告内容包括：1.选题的意义；2.简述选题在该领域的水平和发展动态；3.设计（论文）所要设计、研究的内容及可行性论证；4.主要关键技术、工艺参数和理论依据；5.设计（论文）的研究特色和创新Z处；6.主要参考文献。一、选题的意义近年来，人们对信息传输的要求就像奥运会的追求——更高、更快、更强。光纤传感器以它独特的结构与性能受到当今社会的青睐。普通的传感器具有难以克服的缺点，如：耦合损耗比较人，保偏特性差等自身难以克服的缺点，因此引进了具冇高灵敏度、抗干扰性强、体

2、积小、质量轻的光纤传感器。20世纪九十年代中期，研制出-•种光子品体光纤，光子品体光纤PCF乂被称为微结构光纤，是近年來出现的一种通常由单一介质构成，并由波长疑级的空气孔构成包层的新型光纤。由于具有传统光纤无法比拟的奇异特性，如：光子晶体光纤所具有的无休止的单模特性、奇异的色散特性、可控的非线性和易丁•实现的多芯传输等特点，使Z成为研究的热点。本文主要研究光子晶体光纤，利用光子晶体光纤制作光纤栅栏，从而形成光纤传感器，进而研究其传输特性。二、简述选题在该领域的水平和发展动态作为一种新型的光子器件，光纤光栅的研制应用近年来受到普遍关注。目前，已报

3、道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有：温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩（扭应力）、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等，其屮，一部分光纤光栅传感系统已经实际应用。通常，温度、应变和压力是直接影响光纤光栅波t独立变化的物理量，但裸光栅对温度、应变和压力响应的灵敏度都很低，光纤光栅传感器要想在实际中得到广泛应用，必须対其增敏。另外，光纤光栅传感器存在应变和温度交叉傲感问题，克服这一问题，实现多参数同时测址是光纤光栅传感器从实验室走向实际应用必须解决的问题。国内外学者在此方面做了许多工作，提出了一些方法，目前，区分应变和温

4、度的方法主要有两大类：一是温度补偿FBG方法；二是其他对温度与应变敏感的传感器与光纤光栅（FBG）的组合测量方法。利卅光纤光栅（H3G）进行传感，传感信息是波长编码的，因此，准确测SBragg波长的漂移至关重要。忖前，解调方法很多，冇HZ干涉仪解调法、光纤环镜解调法、边沿滤波法、匹配光栅法等，这些方法各有优缺点，对新的解调方法的探索仍在不断的进行中。2000年，Seungwoo"等人提出了一种新颖的利用高双折射光纤进行波长解调的解调方法。在该方案屮，解调部分由一个偏振光束分光计(poiarizingbcamspiitter,PBS)>一个偏振控

5、制器(poiarizitioncontroiier,PC)和—个写制在高双折射光纤中的碉啾光纤光栅(chirpedfibergrating,CFG)组成。该CFG的栅格周期是线性调制的，在入光的方向上由小到人。传感光栅的反射光进入解调系统后，先经PBS被分成2个偏振方向的光，一部分送到光电接收装置，另一部分则经过PC后被CFG反射。由于不同波长的光在CFG中的反射位置不同，因此,它们在CFG中的光程不同,相位的改变也不同。CFG的反射光再经PC入射到PBS,被分成两部分，•其中，一部分与原來直接送到光电接收装置的光偏振方向相同，十涉后被光电接收

6、装置接收。这样，就使得接收到的光强和传感光栅的屮心反射波长有关，达到解调的目的。该系统CFG的3dB带宽为6.2nm,能检测的故人应变量为3500X10%在外界对传感头施加正弦和三角波信号的扰动下，得到了良好的结果。该解调方案属于干涉解调，解调速度快，适合检测静态、动态物理量，但它与光纤坏镜解调方案-•样，受环境温度变化影响较人。2002年，Ho⑵等人设计了对一种静态、动态物理量同时测量的解调系统，宽带光源输出经可调谐光纤滤波(tunabieopticaifiiter,TOF)变成窄带光，再经3dB耦合器入射到传感光栅，禾U用电压驱动TOF扫描

7、，传感光栅的反射信号经光电接收和信号处理变成直流、交流两路输出，达到静态、动态物理量同时测量的11的。该系统对静态应变的测量在1500X10°的范围内可达到2.6X10°的分辨力，对动态应变测量的分辨力可达7X107Hz1/2o该系统可以对压力、应变、温度等静态、动态物理屋实现同吋测量，可以用来研究IF-静态流体场小热量的传输问题，也可以与波分复用等技术相结合应用在民用、航空结构的健康监测、复合材料的检测等领域。2004年，GuanBai-ou等人［3］设计了一种基于光纤Bragg光栅的倾角传感器，不仅可以测量倾斜角度的大小，还可以确定倾斜的方

8、向。该传感器由4根光纤光栅(FBG)和1个钟摆组成，通过测量相对的2个Bragg光栅反射波长的差，有效地消除了温度対测量结果的影响，可达到±0.1的精