光纤光栅流速传感及新型器件的研究

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1、摘要光纤光栅对一些外界环境的变化非常敏感，在传感领域得到广泛应用。流速或流量是实际应用中的一个重要参量，对它的精确测量或标定具有重大实用价值。本文对常见的布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅作了流速传感方向的研究，设计研制了一系列光纤光栅流速传感装置，建立了相关理论，并在实验改进的基础上，解决了温度交叉敏感问题且实现TN量范围可调等功能。本文的主要研究工作及创新性成果包括：1、对FBG流速传感作一系列理论分析，设计并制作了基于开口环结构的FBG流速传感系统，实现了通过测定FBG中心波长漂移量直接测算流速大小的功能。在此基础上，通过改进传感系统，研制了基于等强度梁的FBG流速传感系统，

2、有效解决了温度交叉敏感问题，为高灵敏度流速测量提供了实验基础。2、深入分析影响流速传感装置量程的因素，通过巧妙设计流速管及传感圆筒结构，实现了测量范围可调的流速感测。实验测试表明：相对于原传感装置，改进后的传感装置不但保留了较小的测量下限，并使测量上限提高了约3倍。进一步优化等强度梁结构，还可以改善其应变传递效率，进一步提高流速传感测量精度。3、对LPG应用于流速传感进行了探索研究，建立了相关理论模型并进行了数值模拟，对其在流速传感中的应用作了初步研究，并对后续工作进行了展望。关键词：光纤传感器布拉格光纤光栅长周期光纤光栅开口环等强度梁AbstractAsapassivefil

3、tercomponents，opticalfiberissmall，andhasasmallspliceloss．Otherwise，itcanbeallcompatiblewinloptical舶％anditcanbe锄beddedinsmartmaterials．What’Smore,thechangeofitsresonantwavelengthonthetemperature，strain,refractiveindexisverysensitive．Soithasbeenwidelyusedinthefieldofopticalfibercommunicationan

4、dsensing．Velocityorflowisoneofthemostimportantparametersinindustrialproductionprocesses，energymeteringandotherpracticalapplications，anditsaccuratemeasurementorcalibrationisofgreatpracticalvalue．Inthispaper,weputtheresearchonthedirectionoftheflowrateSenSOrofthecommonfiberBragggratingsandlongp

5、eriodfibergratings．Wehavedesignedanddevelopedaseriesofflow—sensingdevices，andestablishedtherelevanttheoretical．Andbasedontheimprovementexperimental，wehaveaddressedtheTemperatureCrossoverSensitiveissueandrealizedthefunctionofanadjustablemeasurementrange．Themaincontentsaregivenasfollows：1．Base

6、donthetheoreticalanalysisoftheflowrateofFBG，wehavedesignedandproducedaFBGflowsensorofopenringstructureaccordingtothetheoretical．Andalso，wehaveachievedthefunctionofmeasurethesizeofthevelocitydirectlybymeasuringtheFBGcenterwavelengthshift．Onthisbasis，byimprovingthesensorsystem，wehaveproducedaF

7、BGflowsensorsystembasedonuniformstrengthbeamsuccessfully．AndwehaveeliminatedtheproblemoftemperatureCROSSsensitivity，andhaveprovideabaseforthehi【ghsensitivityflowmeasuremenL2．Basedonthedeeplyanalysisofparametersthatfromthethresholdvalueanddevices，we