基于温度补偿bragg光栅压力传感器及其信号处理的研究

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1、武汉理[人学硕士学位论文摘要光纤Bragg光栅(FBG)是近年束发展最为迅速的全光纤无源器件之一，它用于传感领域可对应力、温度、压力、加速度等外界量进行精确的检测。光纤Bragg光栅传感器具有尺寸小、重量轻、传输距离远、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，越来越成为当今传感领域研究的焦点。光纤Bragg光栅传感器的应用是一个方兴未艾的领域，有着非常广阔的发展前景。本文对光纤Bragg光栅压力传感技术进行研究。主要包括：光纤光栅基本理论、光纤Bragg光栅传感原理、交叉敏感、增敏技术、温度补偿、光纤Bragg光栅信号解调等。首先，介绍了光纤光栅传感的特点和国内外发展现状。光纤Bragg光栅的耦合模理

2、论和光纤Bragg光栅的压力传感原理；并分析了压力、温度交叉灵敏度，交叉灵敏度分离。此外，为了克服交叉敏感的问题，我们设计了基于薄壁圆筒结构和基于平面薄板结构的光纤Bragg光栅压力传感器结构，提出了被动温度补偿和聚合物封装，目的在于增大应力测量的灵敏度，同时又解决了温度变化引起的交叉敏感问题。然后，对常用光纤Bragg光栅传感信号解调技术进行了深入分析，并研究了一种基于FPGA的光纤布Bragg光栅传感信号解调技术。最后我们建立了光纤Brgag光栅压力传感模型，在此基础上完成了压力敏感实验、温度敏感实验以及压力温度交叉敏感实验，研究了光纤Brgag光栅传感器的温度和压力特性，包括重复性

3、、回程误差、线性度、精度等。实验结果表明，采用被动温度补偿以及温度残留效应主动实时修正来进行温度去敏设计可以实现对压力的精确测量，测得压力可达到50MPa，压力灵敏度达到0．036nm／MPa，重复性误差O．75％，回程误差1．84％，基本误差±0．89％，而且还可以实现对压力、温度的同时测量；结果也表明，通过调整传感器结构的参数，如基材和几何尺寸等，可以使该结构压力传感器满足不同的测量范围和响应度：关键词：光纤Bragg光栅(FBG)，压力传感，交叉敏感，温度补偿AbstractThefiberBragggrating(FBG)becomeoneoftheall-fiberpassiv

4、edeviceswiththefastestdevelopingspeedinrecentyears．whenitisusedtoasensorsystem．，itcancheckstrain．。temperature，pressure，acceleration．，etc．OpticfibergratingsensorgraduallyOpticfibergratingsensorgraduallybecometheresearchfocusamongthesensorsbecauseoftheexcellentpropertiessuchasitssmallsize，lightweig

5、ht,，highaccuracy,immunitytoEMIandhighresistancetocorrosiveenvironments，anditsapplicationISafieldintheascendant，．thereareverywidedevelopmentprospects,-TheworkofthispaperfocusesonresearchonfiberBragggratingstresssensor．inebudingthebasictheoryoffibergrating，principlesofafiberBragggratings；ensor,cros

6、ssensitivity,enhancedsensitivitytechnology，temperaturecompensation，signaldemodulationtechnologyforfiberBragggrating，andSOon·Fil-stly,weintroducedthecharacteristicoffiberBragggratinganditscurrentdevelopmenttrendathomeandabroad，explainedthetheoryofthefiberBragggratingc：ouplingmodelandsensingmechani

7、smoffiberBragggrating，analyzedthecrosssensitivityoftemperatureinfiberBragggratingpressuresensingandmethodotseveringcrosssensitivity．furthermore，,toovercomethecrosssensitivityproblem，wehavedesignedOpticalfiberBragggrati