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低温下光纤布拉格光栅温度灵敏性研究

作　者: 尹泽霖
导　师: 王永生
学　校: 北京交通大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤布拉格光栅低温封装温度灵敏度热膨胀热光效应
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

光纤布拉格光栅是一种优良的传感器,较传统的电信号传感器,其具有高绝缘、抗电磁干扰,耐腐蚀以及便于复用和组网等优势。由于这些优点,目前光纤布拉格光栅已经大量应用于桥梁、建筑、电力能源等地方的结构监测。然而,像如航天航空这类高空低温环境下的相关研究较少,且其中仍有许多科学问题值得研究。本论文主要针对在低温下光纤布拉格光栅的温度灵敏特性进行研究,主要内容如下：1.对熔融石英材料的温度特性的研究。分析研究熔融石英材料的热膨胀特性,并且以熔融石英折射率与温度的响应关系,推导得出熔融石英的热光特性。结合二者的理论计算,讨论了光纤布拉格光栅在10℃至-250℃的温度灵敏度特性。2.在实验室现有条件下,基于自主研发的光纤光栅解调仪、ASE光源、低温恒温槽(温度范围在10℃至-80℃,精度0.1℃)搭建了光纤布拉格光栅低温特性试验平台,并针对裸光纤布拉格光栅展开了相应的低温温度特性试验。实验结果验证了,在-45℃至-80℃的区间内,光纤布拉格光栅的温度灵敏度系数将不为常数,且灵敏度系数逐渐降低的推论。3.采用工字型殷钢为基底,通过铝材封装裸光纤布拉格光栅。研究了这种工字型结合铝材封装的增敏性能,讨论了增敏性封装对于改变光纤布拉格光栅在低温区(10℃至-80℃)的影响作用。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-17
  1.1 光纤布拉格光栅的分类  11-14
    1.1.1 按光纤布拉格光栅的周期分类  12
    1.1.2 按光纤布拉格光栅的波导结构分类  12-13
    1.1.3 按光纤光栅的形成机理分类  13-14
    1.1.4 按光纤布拉格光栅的材料分类  14
  1.2 光纤布拉格光栅在传感领域的应用  14-15
  1.3 光纤光栅的研究现状  15-16
  1.4 本论文的主要研究内容  16-17
2 光纤布拉格光栅理论及封装技术  17-27
  2.1 光纤布拉格光栅的理论模型  17-21
    2.1.1 光纤布拉格光栅传感原理  19-21
  2.2 光纤布拉格光栅的封装  21-26
    2.2.1 保护性封装  22-23
    2.2.2 敏化封装  23-25
    2.2.3 补偿性封装  25-26
  2.3 本章小结  26-27
3 熔融石英材料的温度特性  27-32
  3.1 熔融石英材料的热膨胀特性  27-29
  3.2 熔融石英材料的热光特性  29-31
  3.3 本章小结  31-32
4 光纤布拉格光栅的低温非线性及封装补偿研究  32-44
  4.1 光纤布拉格光栅低温测试试验装置  32-34
  4.2 试验方案  34-35
  4.3 光纤布拉格光栅的低温特性分析  35-39
  4.4 增敏性封装对光纤布拉格光栅低温特性的影响  39-43
    4.4.1 金属增敏封装光纤布拉格光纤光栅  39-41
    4.4.2 增敏性封装光纤布拉格光栅的低温特性  41-43
  4.5 本章小结  43-44
5 结论  44-45
参考文献  45-47
作者简历  47-49
学位论文数据集  49

低温下光纤布拉格光栅温度灵敏性研究

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