光纤布喇格光栅传感器研究及信号调理电路设计

摘要

光纤光栅是近年来国内外着力研究、探索其机理并扩展其应用的一种新型的全光纤无源器件，光纤布喇格光栅(fiber bragg grating，FBG)传感器是用FBG做敏感元件的功能型光纤传感器，可用于直接传感温度和应变以及间接测量其他物理量和化学量。由于它具有重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、探头尺寸小、易与光纤耦合、易于构成传感网络等其它传感器无法比拟的优点，使得光纤布喇格光栅传感器及其系统近年来在各个领域得到广泛应用。 本文从理论及方法上分析讨论了FBG的测量原理，研究了波长解调技术及其实现方法，设计了一种FBG解调系统：完成了光电系统中有关接口电路模块的设计，制作并调试成功可调谐滤波器扫描电路和FBG反射光的微弱信号放大电路，实现了整个FBG光电传感系统的连接和调试。设计了一种金属基片封装结构的增敏式温度传感器，通过有限元分析的方法研究其在拉伸、弯曲、扭转等外力作用下的应变情况，分析了应变对增敏式温度传感器的耦合影响。在此基础上对管装裸光栅温度传感器和金属基片式温度传感器分别进行实验和标定，测试了静态温度特性和动态温度特性，对其性能进行分析。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题的提出及意义

1.2国内外的现状

1.3本文的主要内容

第二章光纤布喇格光栅传感器的基本原理

2.1光纤传感器

2.1.1光纤传感技术

2.1.2光纤传感器的现状和发展趋势

2.2光纤布喇格光栅传感器

2.2.1光纤光栅的制作方法

2.2.2光纤光栅的光学特性

2.2.3光纤布喇格光栅传感器的基本原理

2.2.4光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题的研究

2.3光纤布喇格光栅传感器的信号解调技术

2.3.1匹配滤波法

2.3.2光谱编码/比例解调

2.4.3干涉法滤波

2.4.4可调谐Fabry-Perot腔法

第三章FBG传感系统设计与调试

3.1系统的设计思路

3.1.1光纤光栅传感系统的发展趋势

3.1.2可调谐Fabry-Perot腔解调方案讨论

3.1.2系统主要功能部件的选用与论证

3.2相关信号调理电路的设计

3.2.1 FFP-TF驱动电路设计

3.2.2 PIN接收放大电路设计

3.3系统的连接与调试

3.3.1光纤连接及工具

3.3.2系统调试与结果

第四章金属基片式温度传感器的设计与分析

4.1金属基片式封装结构设计

4.1.1 FBG的温度传感原理

4.1.2结构设计

4.1.3光纤光栅温度传感器的封装方法

4.2基于ANSYS软件的结构分析方法

4.2.1 ANSYS简介

4.2.2 ANSYS软件主要功能

4.2.3 ANSYS软件主要特点

4.2.4有限元法的基本构架

4.2.5 ANSYS架构及命令

4.2.6典型的分析过程

4.3用ANSYS软件进行有限元分析

第五章FBG温度传感器的实验研究

5.1实验系统介绍

5.2波长的标定

5.2.1采用F-P标准具的解调原理

5.2.2波长标定数据

5.3钢管封装温度传感器试验

5.3.1静态实验

5.3.2动态实验

5.4金属基片式温度传感器试验

5.4.1静态实验

5.4.2动态实验

第六章总结

致谢

参考文献