光纤光栅传感器力学特性数值模拟研究

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1、中文摘要论文题目：光纤光栅传感器力学特性数值模拟研究专业：物理电子学硕士生：刘志愿(签名)指导教师：李明(签名)指导教师：傅海威(签名)摘要本文对光纤光栅传感器的基本理论以及光纤光栅传感器力学特性的数值模拟进行了系统的研究，主要包括；光纤光栅传感器基本理论、国内外研究现状、发展前景；光纤光栅的传感原理；光纤光栅传感增敏技术；光纤光栅压力、流量传感器力学特性数值模拟研究。首先对光纤光栅传感器研究现状和发展趋势进行了回顾和展望，分析了光纤光栅传感器发展前景及现存难题，研究了光纤光栅的形成机理、传感原理、交叉敏感问题。针对“裸"的光纤光栅对温度、压力响应灵敏度低的缺点

2、，研究分析了不同的增敏技术。其次，应用有限元软件ANSYS对一种光纤Bragg光栅(FBG)高压传感器结构力学特性进行数值模拟研究，对其结构进行优化设计，得出结构性能指标制作传感器试件进行实验研究，在0--一50MPa压力范围进行压力实验，实验结果表明：压力灵敏度为0．0374nm／MPa，其中心波长与压力变化具有良好的线性关系，重复性好，且迟滞小。第三，对一种新型的FBG压力传感结构进行理论研究并对其结构力学特性进行数值模拟，利用双FBG(FBGl、FBG2)解决了压力与温度交叉敏感问题。结果表明，FBGl与压力变化具有良好的线性关系，且迟滞小，FBG压力传感

3、灵敏度可达0．2401nm／(MPa)。最后，设计一种新颖的流量传感器的模型，推导出了理论公式，对模型结构进行力学特性数值模拟，结果表明，流体流量和FBG2的布拉格波长漂移量之间具有良好的线性关系。尤其在流量大于0．01m‰时FBG2的布拉格波长漂移量和流量有良好的线性度，达到0．9976，灵敏度达到2．1045船刚似‘砂，为设计光纤光栅流量传感器并进行实验研究提供了理论依据。另外，对现有的一种FBG靶式流量传感器结构进行力学特性数值模拟，对其性能指标进行优化，得出更优的性能指标。关键词：光纤光栅光纤Bragg光栅(FBG)传感器力学特性数值模拟优化设计论文类型

4、：应用研究本文得到国家高科技国家自然科学基金(60654001，60727004)；国家863计划(2006AA062210，2007AA32413)；西安市重大技术创新(GG06004)；陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项项目(2009ZDKG一42)等资助)。II英文摘要Subject：NumericalSimulationResearchofMechanicalPropertiesofOpticalFiberGratingSensorABSTRACTT11iSthesisfocusesonthebasictheoreticalandnumeric

5、alsimulationofmechanicalpropertiesofopticalfibergratingsensors，includingthebasictheoryoffibergratingsensors，theprospectsathomeandabroadoffibergratingsensors；thesensingmechanismoffibergrating；thetechnologyofsensingandincreasingsensitivity；thenumericalsimulationofmechanicalpropertiesre

6、searchesofopticalfibergratingpressureandflowsensors．Firstly,therecentdevelopmentsintheareaofopticalfibergratingsensorsarereviewed．功ekeyproblemsconcemingopticalfibergratingsensingtechnologyareanalyzed．劢efabrication，temperatureandpressuresensingmechanisms，theproblemofcross—sensitivityb

7、etweentemperatureandpressureofFBGarestudied．ThedifferentmethodsofimprovingsensitivityofFBGareanalyzedbecauseofthelowtemperatureandpressureresponsesensitivityofbareFBGSecondly,basedontheaboveanalysis，thestructuremechanicalpropertiesofafiberBragggratingpressuresensorissimulatedandoptim

8、izedbyusingf