基于fbg的机载传感器及关键技术研究

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1、类号：TP212.14单位代码：11232密级：工学硕士学位论文基于FBG的机载传感器及关键技术研究学院：仪器科学与光电工程学院学科(专业)：精密仪器及机械学号：2015020088作者：李凯指导教师：祝连庆教授完成日期：二零一八年五月二十七日学位论文版权使用授权书本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本。学校有权保留学位论文并向中国科学技术信息研究所等国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学校有权适当复制

2、、公布论文的全部或部分内容。学校有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。学位论文作者签名：年月日□公开□保密（____年____月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文题目为《基于FBG的机载传感器及关键技术研究》学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献

3、的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。作者签字：年月日摘要摘要传感器是监测飞控系统状态参量和控制飞机稳定飞行的关键，在保障飞机安全性能和经济运行方面发挥着至关重要的作用。相比于传统电传感器，光纤光栅传感器（FBGs）具有比热容小、抗电磁干扰，对被测量干扰小等优点，是近年来飞行控制传感领域的研究热点。本文立足于基于FBG的机载传感器及其关键技术研究。针对机载传感测试对重量轻、体积小和功耗低的光纤传感系统的迫切需要，通过对超短光纤光栅（Ultra-ShortFBG，超短FBG）光谱特性、温度应变传感特性

4、、光栅的刻写技术、传感器结构设计和封装测试技术的研究实现了位移和振动加速度光纤传感器的研制。设计了适用于机载环境的低功耗光纤传感解调系统。为高性能机载传感技术提供新理论、新方法和新技术支撑。主要研究内容有：1.高反射率超短FBG的刻写技术：根据传输矩阵理论，通过数值仿真，分析了超短FBG的反射光谱特性。通过载氢增敏和优化紫外曝光功率等技术写制了栅区长度小于1mm，边缘线性区大于1.5nm，反射率大于50%的超短FBG并通过衍射狭缝2引入Sinc函数实现了超短FBG的切趾。利用电弧等离子体对栅区激励扫描，实现了对紫外光刻写FBG的快速退火，具有涂覆层无损伤的优

5、点。2.高速超短FBG解调原理及方法：根据超短FBG反射光谱特性，结合稳频激光器输出功率、中心波长稳定的特性，提出了一种用于超短FBG传感解调的方法。详细介绍了该解调方法的解调原理并设计相关实验论证了该方法的可行性与可靠性。同时，为进一步实现解调系统的小型化与轻量化，设计了基于光电二极管的光电检测电路和基于NI采集卡的信号采集系统。3.FBG位移和加速度传感器的设计及特性研究：设计并优化了FBG位移、加速度传感器的机械结构，利用有限元分析软件Comsol对加速度传感器结构进行模态分析，得到了传感器的谐振频率和频响特性，确定了传感器的尺寸大小。搭建实验平台，利

6、用超短FBG的传感解调方法，完成了位移、加速度传感器的标定工作及相关特性测试。关键词：光纤布拉格光栅解调位移传感器加速度传感器IABSTRACTABSTRACTThesensorsarethekeyformonitoringtheflightcontrolsystemstateparametersandcontrollingthestableflyingoftheaircraft.Theyplayvitalrolesinensuringthesafetyperformanceoftheaircraftandeconomicoperation.Compared

7、withtraditionalelectricalsensors,fiberBragggratingsensors(FBGs)havetheadvantagesofsmallspecificheatcapacity,immunitytoelectromagneticinterference,andsmallmeasuredinterference.Theyhavebeenthefocusofresearchinthefieldofflightcontrolandsensinginrecentyears.ThepaperisbasedontheFBG-base

8、dairbornesensorsandkeytech