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1、北京邮电大学 硕士学位论文 光纤光栅传感器解调技术的研究 姓名：马永杰 申请学位级别：硕士 专业：光学 指导教师：王葵如 20070618 光纤光栅传感器解调技术的研究 摘要 光纤光栅传感器r ( F i b e rg r a t i n gs e n s o r ) 是一种能感测多种物理参 量的光无源器件。利用光学材料的光敏特性在光纤的纤芯上设计并建 立的一种具有空间周期性折射率分布，感测物理参量的变化，从而改 变或控制光在该特定区域的传播方式。通过对光本征参数( 波长漂移) 的解调分析，实现对被测量的测量及传感。 作为光电子研究领域的一种新兴技术，以光纤光栅为基本传感 器的检测技术近年来受
2、到广泛的关注，世界各国的研究者都在深入开 展此项技术的相关研究。现阶段光纤光栅传感器可以检测的物理量 有：温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩( 扭应力) 、加速度、 电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等，其中有相当 数量及品种的光纤光栅传感系统已经得到了实际工程应用。 本文在对国内外光纤光栅传感技术及其传感信号解调技术研究 现状进行了深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调 方案，并进行了实验研究。主要论文工作如下： ( 1 ) 系统地阐述了光纤光栅传光的耦合模理论和传输矩阵理论。 ( 2 ) 分析了光纤布拉格光栅的传感原理，给出了光纤布拉格光栅 的应变和温度传感原
3、理式。 ( 3 ) 分析研究了光纤布拉格光栅传感信号解调原理；提出了一种新 的对温度不敏感的双三角形悬臂梁解调技术，实验验证此种技术具有 可行性。 ( 4 ) 设计了一种基于非平衡M - Z 解调技术的光纤布拉格光栅传感 光纤光栅传感器解调技术的研究 信号解调技术方案；通过理论分析得到了光栅温度与功率变化的关 系。 ( 5 ) 利用所设计的光纤布拉格光栅传感信号解调实验装置，进行了 光纤布拉格光栅的温度特性实验，验证了所提出的光纤布拉格光栅传 感信号解调方案的可行性。 关键字：光纤B r a g g 光栅波长解调相位解调M - Z 干涉仪 R e s e a r c ho nD e m o d
4、 u l a t i o no fF i b e rB r a g gG r a t i n gS e n s o r s A B S T R A C T F i b e rg r a t i n gS e n s o r sa n e wt y p eo f p a s s i v eo p t i c a lc o m p o n e n t s , w h i c hc a nb e u s e dt om e a s l l f el o t so fp h y s i c a lp a r a m e t e r s W i t ht h ep h o t o s e n s i t
5、 i v i t yo ff i b e r , t h e y g e tt h ep e r i o d i c a ld i s t r i b u t i o no fr e f r a c t i o ni n d e xi nf i b e rc o r e F i b e rg r a t i n g sh a v e s e v e r a ld i s t i n g u i s h e da d v a n t a g e so v e rn o m u df i b e r s W i mt h ef a s td e v e l o p m e n t , f i b
6、e r g r a t i n gS C l l S O l s $ m a k el o t so fm u h i p l e ) 【n e r v es e n s i n gn e t w o r k sb e c o m ep o s s i b l e , w h i c hc a l lb ea d o p t e di nt h es i t u a t i o nt h a tn o r m a ls e n s o r sw o d db ei nt r o u b l e A san e wt y p eo fs e n s i n gt e c h n o l o g
7、y , t h ef i b e rg r a t i n gs e n s i n gt e c l m o l o g yh a s b e e nc a u s e de x t e n s i v e l yf o c u s A tp r e s e n t , f i b e rg r a t i n gs t w t s o r sh a v eb e e nr e p o r t e dt o m e 鹊u r el o t so fp h y s i c a lp a r a m e t e r s 。s u c ha st e m p e r a t u r e ，s t
8、r a i n , p r e s s u r e ；, d i s p l a c e m e n t , i n t e n s i t yo fp r e s s u r e ，t w e a ka n o n , a c c e l e r a t i o ne t c ，s o m eo ft h e mh a v e b e e ni np r a c t i c a la p p l i c a t i o n B a s e dO i la n a l y z i n ga n ds t u d y i n gp r i n c i p l eo f d e m o d u l
9、 a t i o nt e c h n i q u ef o rF B G , a d e m o d u l a t i o ns c h e m eo fF i b e rB r a g gg r a t i n gs e n s o l 苫w a sd e s i g n e d , a n de x p e r i m e n t s w e r ec a r r i e do u t n 峙m a i nw o r k sa l ea sf o l l o w s ： ( 1 ) T h eb a s i ct h e o r yo fa r l a l y z m gF B G w
10、 a si n t r o d u c e d , i n c l u d i n gC o u p l e dM o d e t h e o r y , T r a n s f e rM a t r i xm e t h o d , a n dF o u r i e r T r a n s f o r mm e t h o d ( 2 ) T h eF B Gs e n s i n gm e c h a n i s mw a si n v e s t i g a t e d I t s c h a r a c t e r i s t i c so f t e m p e r a t u r
11、ea n ds t r a i nW C T et e s t e d , a n dt h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w t h a tt h et e m p e r a t u r e a n ds t r a i nv a r yl i n e a r l yw i t ht h es h i f to f w a v e l e n g t h ( 3 ) F i b e rB r a g gg r a t i n gs e n s o rs i g n a ld e m o d u l a t i o ns c h e m ew a si
12、 n v e s t i g a t e d A n e wt e m p e r a t u r e n o n s e n s i t i v ed e m o d u l a t i o ns c h e m eb a s e d O i ld o u b l et r i a n g l e c a n t i l e v e rw a sp r o p o s e d T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sv e r i f i e di t se f f e c t i v i t y ( 4 ) Ad e m o d u l a t i
13、 o ns c h e m eo fF i b e rB r a g gg r a t i n gs e n s o r sw h i c hi sb a s e dO l l M - zi n t e f f e r o m e t e rw a sd e s i g n e d T h er e l a t i o nb e t w e e nt e m p e r a t u r ea n dt h ec h a n g e o f t h eo u t p u to p t i c a lp o w e rw a sg a i n e dt h r o u g ht h e o r e
14、 t i c a la n a l y s i s ( 5 ) B a s e do nt h ed e m o d u l a t i o ns c h e m ed e s i g n e d ，t h et e m p e r a t u r ea n do p t i c a l p o w e rr e s p o n s e o fF B Gw e r ee x p e r i m e n t a l l yt e s t e d T h ef e a s i b i l i t yo ft h i s 光纤光栅传感器解调技术的研究 d e m o d u l a t i o ns
15、 c h e m ew a sc o n f i r m e d K E YW O R D S ：F i b e rB r a g gG r a t i n g , w a v e l e n g t hd e m o d u l a t i o ns c h e m e ， P h a s ed e m o d u l a t i o ns c h e m e M Zi n t e r f e r o m e t e r I V 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列 的内容以外，论文中
16、不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：盏整兰日期：堡f ：丝 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权 书。 非保密论文注登：、本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 墨壁j 兰 日期：至生：兰：坚 导师签名： 亚狯迭日期：翌2 Z 曼：丕 受 第一章绪论 1 1 光纤传惑技术简介 光纤传
