基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究作者姓名马文龙学科专业光学工程指导教师刘丰教授2016年5月中图分类号：TN29学校代码：10216UDC：537.3密级：公开工学硕士学位论文基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究硕士研究生：马文龙导师：刘丰教授申请学位：工学硕士学科专业：光学工程所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinOpticsEngineeringRESEARCHONDISTRIBUTEDPRESSUREDETECTIONSYSTE

2、MBASEDONCASCADEDFIBERGRATINGByMaWenlongSupervisor:ProfessorLiuFengYanshanUniversity2016.05燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权

3、书《基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要随着现代电子技术的飞速发展，光纤传感器因为

4、体积小、精度高、不受电磁干扰等优点已经广泛应用在工业、农业、基础设施建设、军事装备等领域，尤其是光纤布拉格光栅传感技术已经相当成熟，在国内外都得到了广泛的应用。现有的光纤光栅传感技术中，绝大多数传感器是利用光纤光栅轴向应变制成单个传感单元，再通过级联的方式实现准分布式多点传感测量。在实际工业生产中，对机械装备表面压力进行测量也有广泛的实际需求，然而靠轴向应力实现传感测量的光纤光栅却难以满足这一要求。利用光纤光栅的径向压力应变特性可以很好的解决多点测量的级联问题，但由于光纤光栅的径向压力敏感性较轴向压力敏感性更低，如何解决光纤光栅对径向压力的敏感性问题，成为光纤光栅传感技术领

5、域亟待解决的问题。鉴于上述原因，本课题提出了一种乙烯-醋酸乙烯共聚物增敏方案的级联光纤光栅径向压力测量方案，开展了相关理论分析和实验研究，主要研究内容包括：首先，分析了裸光栅在温度、应力条件下的传感特性，提出了一种采用乙烯-醋酸乙烯共聚物增敏封装的光纤光栅径向压力传感方案，将光纤光栅用聚合物材料和方钢封装成半哑铃型传感单元。其次，利用有限元软件对结构体受力分布进行仿真，对封装结构进行了三种不同尺寸的验证，最终确定了封装结构的尺寸和聚合物材料的主要成分。并对封装后的光纤光栅进行了啁啾特性分析，并标定出封装后传感单元的测量范围。然后，对光纤光栅解调方法进行理论和实验研究，结合本

6、系统的复用特性和实际需求，确定了利用匹配法进行光纤光栅解调的基本方案。最后，基于DSP技术设计了一套5通道模拟信号采集及处理系统，实现了光纤光栅匹配解调输出信号的采集与处理，并实现了采集系统与PC机软件的实时通信，在PC机上显示各个通道光纤光栅的压力传感信息。本课题从理论和实验上对光纤光栅径向压力传感器进行了深入研究，对于拓展光纤传感器的应用领域具有较高的实用价值。关键词：光纤光栅；分布多点测量；匹配法解调；信号处理-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofmodernelectronictechnology,fiber

7、opticsensorshavebeenwidelyappliedinthefieldsofindustry,agriculture,infrastructureconstruction,militaryequipmentandotherfields.Becauseofitssmallsize,highprecisionandnoelectromagneticinterference,especiallyfiberBragggratingsensortechnologythathasbecomematurehasb