多芯光纤光栅的特性与其在光纤传感方面应用的分析

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2、IIIIfY2534982本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：()1．经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月，日解密，解密后适用上述授权。／(＼∥2．不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“√”或填上相

3、应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。)栅企滏釉：心混汐形年岁月憎日。摘要随着对光纤光栅特性及优点的不断深入研究，光纤光栅不断被应用于光纤传感和光纤通信领域，成功吸引了国内外学者的眼球。光纤光栅传感器采用波长编码，抗电磁干扰，可复用性强，且体积小，重量轻，适用于各种应用场合。本文的主要工作是基于多芯光纤旁轴芯子光栅的弯曲敏感特性，设计七芯光纤光栅位移传感器、七芯光纤光栅静力水准仪、以及双芯光纤光栅加速度传感器。本文

4、首先对双芯光纤和七芯光纤的模场特性及双折射效应进行仿真分析，接着对多芯光纤光栅的弯曲敏感特性进行理论分析。由于多芯光纤的旁轴芯子不在中性轴上，故弯曲会改变旁轴芯子光栅的中心波长。实验中所使用的双芯光纤光栅对弯曲曲率的灵敏度为3．37x10。3／cml，七芯光纤光栅对弯曲曲率的灵敏度为2．705x10。3／cm～。利用七芯光纤旁轴芯子光栅的弯曲敏感特性制作‘Q’形位移传感器，实验获得系统的线性灵敏度为O．395nm／mm。利用‘Q’形线位移传感器原理设计静力水准仪，实验得到旁轴芯子光栅的中心波长漂移量与水位变化量之间的关系为1．8017nm／mm，

5、可测量水位精度为lt．tm，比现在市场上静力水准仪的精度0．01mm提高1个量级。基于双芯光纤光栅弯曲特性，设计了一种新型的光纤光栅加速度传感器，并分别从理论和实验上对其进行分析和测量。理论分析得到基于双芯光纤光栅的加速度传感器的灵敏度为0．2995nm／g，谐振频率为10．2Hz。实验数据表明传感器的测量灵敏度为0．314nm／g，谐振频率为9．7Hz，故此传感器可用来测量幅值小，频率低的加速度信号。此外，还利用微悬臂梁理论分析了末端空载的双芯光纤光栅加速度传感器，理论分析求得谐振频率为157．31Hz，而实验测得的谐振频率为164Hz，两者大

6、致相等，与末端黏贴重物的传感器相比，谐振频率得到了提高。关键词：七芯光纤光栅；双芯光纤光栅；水准仪；加速度AbstractABSTRACTWiththedeeplyresearchonthecharacteristicsandadvantagesofFiberBraggGrating(FBG)，FBGhasbeenwidelyusedinopticalfibersensorsandcommunications．AndFBGhascatcheddomesticandforeignscholars’eyeswidely．FBGsensorhasman

7、yadvantagessuchaswavelength—encoded，anti—electromagneticinterference，reusability,smallsize，andlightweight，SOthatitcanbeappliedinmanysensorapplications．Inthisthesis，thedisplacementsensor,hydrostaticlevelingsystem(HLS)andaccelerometerbasedonthebendingsensitivityofMulti—CoreFibe

8、rBraggGrating(MC—FBG)wereinvestigatedinexperimentandtheoreticanalysi