光纖光柵絕對(duì)測(cè)量技術(shù)的高耐久智能鋼拉桿

摘要 地下工程施工對(duì)周圍環(huán)境包括地面臨近建筑物、道路、和既有地 下工程的影響是地下空間開開發(fā)利用所面臨的關(guān)鍵問題。為確保施工 安全，對(duì)地下工程的安全和穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)測(cè)以趨利避 害，已成為地下工程發(fā)展的迫切要求。地下工程監(jiān)測(cè)目前廣泛采用的 常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)電傳感器采集數(shù)據(jù)的方法不僅監(jiān)測(cè)范圍小、效率 低，且有限的測(cè)點(diǎn)難以反映目標(biāo)系統(tǒng)的整體情況；同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 容易受到外界環(huán)境中各類不利因素的影響，無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 與長期穩(wěn)定光纖bragg光柵(fbg)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種 新型全光纖無源器件利用其可制成多種傳感器，如溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、 壓強(qiáng)等傳感器。近年來，fbg傳感技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸應(yīng)用于結(jié) 構(gòu)、巖土等領(lǐng)域，但多為長期健康監(jiān)測(cè)，其在施工過程的應(yīng)用罕見。 本文通過室內(nèi)試驗(yàn)分fbg傳感器的優(yōu)勢(shì),并通過實(shí)際隧道工程施工的 應(yīng)

光纖光柵剖析

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

光纖光柵的解調(diào)技術(shù)

光纖光柵的解調(diào)技術(shù)共23頁文檔

光纖布拉格光柵(fbg)是一種國際上新興的在光纖通信、光纖傳感等光電子技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的基礎(chǔ)性光纖器件。本文首先介紹fbg傳感原理,然后用光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器和高精度電阻應(yīng)變片同時(shí)監(jiān)測(cè)鋼板拉伸應(yīng)變變化,并對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明fbg應(yīng)變傳感器測(cè)得的應(yīng)變和高精度應(yīng)變片測(cè)得的很接近,反射波長和應(yīng)變具有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9995。基于光纖布拉格光柵的應(yīng)變測(cè)方法可行,并具有良好的應(yīng)用前景。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳感技術(shù)也是得到質(zhì)的飛躍,光纖光柵傳感技術(shù)與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比有著很多優(yōu)勢(shì),因此在很多行業(yè)中得到了應(yīng)用。文章就對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)做一個(gè)簡單地分析,同時(shí)介紹了其在一些領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

為了有效縮小光纖光柵尺寸,提高光電轉(zhuǎn)換間的耦合效果。文章在基于光纖光柵的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,給出了在光纖光柵中插入四、五層金屬光柵的實(shí)現(xiàn)方法。該方法基于表面等離子體激元(surfaceplasmonpolaritons,spps)的光纖布拉格光柵,可以把原有的光纖光柵尺寸縮小一個(gè)量級(jí),而且不增加光在光子器件中的損耗。仿真分析表明,spps在光傳播過程中可起到能量補(bǔ)償作用,并可產(chǎn)生增透現(xiàn)象。

根據(jù)理想模展開下的耦合模方程,對(duì)光纖布拉格光柵的峰值反射率公式進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了布拉格光纖光柵的光譜反射率表達(dá)式。全面討論了光柵周期、光纖柵長、光致折射率微擾最大值等參數(shù)與光纖光柵反射光譜的關(guān)系。仿真結(jié)果顯示了固定參數(shù)下布拉格光柵的極限窄帶寬,得到的反射率為1、帶寬為0.02nm的窄帶寬布拉格光柵,比現(xiàn)今分布式傳感系統(tǒng)中使用的布拉格光柵的帶寬窄1個(gè)數(shù)量級(jí)。這種布拉格光纖光柵用于分布式傳感系統(tǒng),可大大提高分布式傳感系統(tǒng)中光源的帶寬利用率,消除各信號(hào)間的相互串?dāng)_,提高傳感光柵復(fù)用數(shù)目,降低解調(diào)系統(tǒng)成本。

提出了一種由單個(gè)光纖光柵和一個(gè)光纖方向耦合器組成的新型全光纖反射器,推導(dǎo)出了當(dāng)光柵為均勻bragg光柵、器件任意端口輸入時(shí),任何一端口的輸出解析式。分析表明器件具有法布里-珀羅腔干涉儀的特點(diǎn),耦合器的耦合比系數(shù)類似于法布里-珀羅腔的反射率,耦合比系數(shù)越大,輸出光譜半高全寬度(fwhm)越窄,消光比越好。當(dāng)耦合比系數(shù)大于0.8時(shí),fwhm可以窄到0.02nm,消光比大于0.9。如果光柵是“強(qiáng)”耦合,器件具有均勻分布的多通道梳狀輸出特性;光柵為“弱”耦合時(shí),則能實(shí)現(xiàn)fwhm小于0.02nm的單頻輸出。器件只需單個(gè)光柵,克服了制作兩個(gè)完全相同光柵的困難。

鋼軌狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)列車的安全運(yùn)營具有重要意義?；诠饫w光柵傳感技術(shù),采用鋼軌三維梁模型對(duì)軸向應(yīng)變、豎向和橫向曲率進(jìn)行測(cè)量。與傳統(tǒng)一維測(cè)量模型相比,該方法可以同時(shí)測(cè)量鋼軌豎、橫向曲率和軸向力。通過實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)軸向加載試驗(yàn)對(duì)比了一維和三維模型,驗(yàn)證了三維模型的有效性與優(yōu)勢(shì)。

介紹了一種利用光纖f-p濾波器解調(diào)的、可同時(shí)測(cè)量應(yīng)變及溫度兩種參數(shù)的光纖光柵傳感系統(tǒng)。將一個(gè)光纖光柵的長度分成相等的兩部分,其中一部分的兩端固定在一塊鋼板上,另一部分處于自由狀態(tài)。根據(jù)這兩部分光纖光柵對(duì)應(yīng)變及溫度的不同感應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變及溫度的同時(shí)測(cè)量?？衫貌ǚ謴?fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式應(yīng)變及溫度的測(cè)量。應(yīng)變、溫度的測(cè)量分辨率分別可達(dá)1.3με及0.12℃。

報(bào)道了一種基于偏芯結(jié)構(gòu)的雙芯光纖制作的長周期光纖光柵,研究了在這種雙芯光纖中寫入相同結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵的模式耦合特性,這種雙芯結(jié)構(gòu)能夠?qū)蓚€(gè)平行的長周期光纖光柵集成在一根光纖中。通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)在光纖圓周橫截面不同方位進(jìn)行曝光,可獲得不同的光柵透射譜,通過利用co2激光脈沖曝光方法實(shí)現(xiàn)其制備,實(shí)驗(yàn)得出了采用單側(cè)曝光方法在偏芯結(jié)構(gòu)的雙芯光纖上制備長周期光纖光柵的最佳寫入方式。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比,結(jié)果表明,雙芯長周期光纖光柵透射譜依賴于在雙芯光纖圓周上的曝光方向。

將光纖光柵(fbg)封裝入以超磁致伸縮材料(gmm)與永磁體構(gòu)成的傳感基座內(nèi)形成系統(tǒng)核心傳感部件,并將其放置于電流形成的磁場(chǎng)中,構(gòu)成電流傳感器。利用光纖邁克爾遜干涉儀(mi)對(duì)fbg波長的變化進(jìn)行解調(diào),從而獲得被測(cè)交流電流信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,檢測(cè)幅值100a~2000a的交變電流時(shí),該傳感器對(duì)交變電流具有良好的線性響應(yīng)。

文中介紹了光纖布拉格光柵的原理;根據(jù)耦合模方程,介紹了幾種光柵的仿真方法;分別以光纖布拉格光柵濾波器、色散補(bǔ)償器、相移光柵和采樣光柵為例說明了光纖光柵的設(shè)計(jì)方法。

光纖光柵就是纖芯折射率的空間周期分布,它能夠?qū)崿F(xiàn)頻域的濾波特性。利用光纖光柵的這一特性,可構(gòu)成許多性能獨(dú)特的光纖無源器件,再加之光纖本身具有傳輸損耗低、抗電磁干擾、輕質(zhì)柔韌等優(yōu)點(diǎn),因此光纖光柵在光纖通信、光纖傳感和光信息處理等領(lǐng)域得到了廣闊的應(yīng)用。文中綜述了光纖光柵的發(fā)展史、基本概念、基本原理、分類和制作方法。

光纖光柵憑借良好的時(shí)/頻域特性,迅速成為光碼分多址編解碼器實(shí)現(xiàn)方法的一個(gè)重要研究方向,在時(shí)域、頻域和時(shí)/頻域二維等編解碼方案中都得到了廣泛而深入的研究。文中對(duì)光碼分多址技術(shù)及光纖光柵編解碼器的原理進(jìn)行了綜述,并對(duì)基于光纖光柵的時(shí)域相位編解碼、頻譜相位編解碼和時(shí)/頻域二維編解碼這三種編解碼方案進(jìn)行了介紹。

光纖光柵傳感信號(hào)的解調(diào)問題

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計(jì)。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關(guān)封裝的新結(jié)構(gòu),再結(jié)合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出:在0～160v的電壓范圍內(nèi),中心波長的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關(guān)系,線性擬合度可達(dá)0.99,線性調(diào)諧的波長范圍約為1.6nm。

鋁合金腐蝕是導(dǎo)致航空器性能下降的主要原因之一。鋁合金腐蝕初期以點(diǎn)蝕為主,體積幾乎不改變,結(jié)合鋁合金腐蝕的這一特點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于光纖光柵的薄片型和應(yīng)力束縛型兩種腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu),對(duì)鋁合金腐蝕進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。腐蝕發(fā)生前,對(duì)光纖光柵施加一定預(yù)應(yīng)力,隨著腐蝕的發(fā)生應(yīng)力被逐漸釋放,通過測(cè)量傳感波長的漂移量就可以得到鋁合金的腐蝕情況。實(shí)驗(yàn)表明,基于光纖光柵的腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)能夠真實(shí)的反應(yīng)鋁合金的腐蝕情況,并且光纖光柵本身具有體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕的特點(diǎn),非常適合于航空器的鋁合金腐蝕監(jiān)測(cè)。

根據(jù)wdm光纖耦合器波長解調(diào)方案的工作原理、偏振特性以及影響系統(tǒng)波長分辨力的因素,提出一種改進(jìn)的利用wdm光纖耦合器的光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)。該技術(shù)在原技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用偏振控制器控制入射光偏振狀態(tài),提高了解調(diào)的精度和穩(wěn)定性。對(duì)wdm光纖耦合器的多次波長掃描結(jié)果表明,采用偏振控制器后,其波長誤差可減小到5pm左右。實(shí)驗(yàn)采用1540/1560nm的wdm光纖耦合器對(duì)單點(diǎn)光纖光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行靜態(tài)解調(diào),結(jié)果表明:按此技術(shù)開發(fā)的解調(diào)系統(tǒng)具有0.01nm波長分辨力和10nm的波長線性解調(diào)范圍。

從光纖光柵傳感器傳感原理出發(fā),分析了波長漂移的影響因素,對(duì)光纖光柵增敏及封裝保護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),指出了其中存在的不足和發(fā)展方向及應(yīng)用前景。對(duì)光纖智能結(jié)構(gòu)和智能金屬結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行了系統(tǒng)綜述,分析了研究中存在的問題及應(yīng)用前景。