基于布里渊动态光栅的高精度分布式横向压力传感器研究

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1、硕士学位论文基于布里渊动态光栅的高精度分布式横向压力传感器研究HIGH-SENSITIVEDISTRIBUTEDTRANSVERSELOADSENSORBASEDONBRILLOUINDYNAMICGRATINGS滕雷哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O437.2学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文基于布里渊动态光栅的高精度分布式横向压力传感器研究硕士研究生：滕雷导师：董永康研究员申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：电子科学与技术系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:O437.2U.D.C.:535DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHIGH-SENSITIVEDISTRIBUTEDTRANSVERSELOADSENSORBASEDONBRILLOUINDYNAMICGRATINGSCandidate：TengLeiSupervisor：Prof.DongYongkangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliati

3、on：Dept.ofOptoelectronicInformationScienceandTechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在工业生产和土木施工过程中，力学传感器发挥着巨大的作用，力学传感技术的研究一直作为基础研究中的重中之重。在服役期内，由于外界环境和自身重力等因素的影响，大型建筑往往受到纵向压力和横向压力的共同作用，局部受力不均匀是造成隐患的主要原因之一。研究一

4、种可靠、高效的光纤横向压力传感器具有很重要的研究价值和实用意义。布里渊动态光栅技术（BDG）具有分布式测量、高精度测量和高空间分辨率测量的优势，可以有效测量由于外界物理参量变化而引起的光纤双折射的变化，从而有效地进行横向压力测量。本文首次提出采用布里渊动态光栅技术测量横向压力。在10.3m长椭圆纤芯保偏光纤（ECORE-PMF）的两个主轴内产生和读取布里渊动态光栅，成功的进行-3了横向压力分布式测量，空间分辨率为20cm，测量精度高达1.3x10N/mm。首先，实验探究了ECORE光纤的双折射温度特性和双折射应变特性。验证了这种光纤的温度不敏

5、感特性，得到了这种光纤的双折射频移随温度变化、应变变化的线性关系系数，分别为??=-6.53MHz/oC和??=-0.0606MHz/με。相比于????????应力导引型保偏光纤（例如熊猫（PANDA）型和领结（BOWTIE）型保偏光纤），这种结构型保偏光纤具有更低的温度和应变灵敏度，且随着应变增加双折射减少。其次，在我们自行设计的压力施加平台上进行了横向压力施加传感实验。讨论了光纤外涂敷层对光纤自身双折射和光纤横向压力灵敏性的影响。光纤外涂敷层对光纤具有紧缩拉力，会改变光纤自身的双折射。聚合物材料的涂覆层相当于压力缓冲层，会降低横向压力传

6、导到石英光纤的速度，降低光纤灵敏性。最后，采用裸光纤进行压力测量实验，研究了光纤横向压力灵敏度与压力施加方向之间的关系，验证了这种基于BDG横向压力传感技术所具有的分布式测量和可操控性测量的能力，获得了光纤不同双折射变化方向上横向压力线性关系，-1-1线性拟合结果分别为-6.217GHz/Nmm和6.28GHz/Nmm，计算出横向压力测量-3精度高达1.3x10N/mm。这一结果比已有分布式测量横向压力技术灵敏度提升三个数量级。关键词：横向压力测量；分布式光纤传感；高灵敏度；布里渊动态光栅-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractI

7、nrecentyears,mechanicalquantitysensorshaveplayedanimportantroleinindustrialproductionandcivilengineeringfields,andtheyattractconsiderableinterestsintheresearchfield.Duringtheusageperiod,thehugebuildingsundergotheaxialstressandtransverseloadcombinedimpactandthelocalstresswil

8、lleadtopotentialrisks.Developinganefficient,stableandreliableopticalfibermechanica