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光纤光栅传感模型分析及其辅助分析系统开发

作　者: 李娜
导　师: 王国东
学　校: 河南理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光纤光栅传感器光纤Bragg光栅长周期光纤光栅多模式传输矩阵算法计算机辅助分析系统
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
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内容摘要

光纤光栅传感器是近年来发展最为迅速的传感器件之一，也是光纤传感领域的研究热点，并已在电力工业、土木监测、航空航天、石油化工等领域得到了广泛的应用。诸多外界环境因素的变化，如温度、压力、拉力、折射率等均会影响光纤光栅的特征波长，这给光纤光栅传感器的设计和应用带来了一定的困难。因此，开发一套光纤光栅传感特性分析的软件，为研究者提供一个光纤光栅传感器预设计的工具，可以大大缩短光纤光栅传感器件的研发时间、减少不必要的投入，具有十分重要的意义。本论文针对光纤光栅传感特性的理论建模、算法研究、特征分析、计算机辅助设计等方面开展工作，主要内容如下：首先，介绍了光纤光栅的发展历史及其在传感和通信领域的应用。其次，详细阐述了光纤光栅的理论模型及分析方法，包括耦合模理论和传输矩阵算法，并运用上述算法对几种常见Bragg光纤光栅的特性进行分析，给出了光纤光栅特性随光栅参数变化的规律。第三，详细阐述了光纤光栅的传感原理，并对各检测变量进行分析，建立了完善的光纤光栅传感理论模型。第四，提出了一种新的长周期光纤光栅传输矩阵算法，并将其应用于拉力、温度、折射率等传感变量的分析。最后，利用Visual C++软件开发了基于光纤光栅传感的计算机辅助分析系统，并针对系统可检测的环境变量进行操作示范，得出相应的反射谱曲线。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-20
  1.1 光纤光栅发展概况  10-11
  1.2 光纤光栅的分类  11-13
  1.3 光纤光栅的应用  13-17
    1.3.1 光纤光栅在传感领域的应用  13-14
    1.3.2 光纤光栅在通信领域的应用  14-17
  1.4 本论文的主要工作和创新点  17-20
2 光纤布拉格光栅的理论基础和特性分析  20-32
  2.1 Bragg 光纤光栅耦合模理论  20-25
    2.1.1 耦合模理论  20-21
    2.1.2 Bragg 光纤光栅的模式耦合系数  21-22
    2.1.3 Bragg 光纤光栅的模式耦合方程  22-24
    2.1.4 Bragg 光纤光栅的传输矩阵算法  24-25
  2.2 光纤光栅的特性分析  25-30
    2.2.1 均匀光纤布拉格光栅  25-26
    2.2.2 切趾光纤光栅  26-28
    2.2.3 啁啾光纤光栅  28-29
    2.2.4 相移光纤光栅  29-30
  2.3 本章小结  30-32
3 光纤布拉格光栅传感原理  32-46
  3.1 光纤光栅传感原理  32-33
  3.2 温度传感原理  33-34
  3.3 轴向应变传感原理  34-35
  3.4 压力传感原理  35-36
  3.5 扭转传感原理  36-38
  3.6 电流传感原理  38-39
  3.7 流速传感原理  39-41
  3.8 曲率传感原理  41-42
  3.9 加速度传感原理  42-44
  3.10 热膨胀系数的传感原理  44-45
  3.11 本章小结  45-46
4 长周期光纤光栅传输矩阵算法和特性分析  46-58
  4.1 耦合模理论和传输矩阵算法  46-47
  4.2 多模式传输矩阵算法  47-49
  4.3 长周期光纤光栅透射谱的模拟计算  49-53
  4.4 长周期光纤光栅传感特性  53-57
    4.4.1 长周期光纤光栅温度特性分析  53-54
    4.4.2 长周期光纤光栅拉力特性分析  54-56
    4.4.3 长周期光纤光栅折射率特性分析  56-57
  4.5 本章小结  57-58
5 光纤光栅检测辅助分析软件的开发  58-72
  5.1 软件概述  58
  5.2 软件基本结构的设计  58-59
  5.3 软件基本功能介绍  59-63
    5.3.1 光纤光栅类型的选择  60-61
    5.3.2 光纤波导参数的设置  61-62
    5.3.3 FBG 切趾函数的设置  62
    5.3.4 模拟结果  62-63
  5.4 检测变量的设置  63-71
    5.4.1 温度变量  63-64
    5.4.2 拉力变量  64-65
    5.4.3 压力变量  65-66
    5.4.4 电流变量  66-68
    5.4.5 曲率变量  68-69
    5.4.6 扭角变量  69
    5.4.7 流量变量  69-70
    5.4.8 热膨胀系数变量  70-71
  5.5 本章小结  71-72
6 结论  72-74
参考文献  74-78
作者简历  78-80
学位论文数据集  80

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