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《哈尔滨工程大学》 2007年
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基于宽谱光源问讯的组合式光纤传感器

张建中  
【摘要】: 随着国民经济的快速发展,大量基础设施和重大工程得以新建、改造或重建,智能结构成为当前研究的热点之一,具有重大的理论意义和工程使用价值。 光纤传感技术作为智能结构的一部分,由于具有抗电磁干扰、灵敏度高、小尺度、与结构兼容和结构简单、安装方便等特点,特别适用于形变的测量。但随着传感环境的不同,单一种类的光纤传感器在实际应用中的传感能力有限,因此复用不同类型的传感器以实现多功能传感具有现实意义。本文围绕着组合可以由宽谱光源问讯的光纤传感器展开了研究。 首先本文回顾了两种基于宽谱光源问讯的光纤传感器:光纤光栅(FBG)和基于宽谱光源问讯的光纤干涉仪。回顾了FBG的耦合模理论以及基于宽谱光源问讯的光纤干涉仪的低相干理论以及两种传感器的解调复用方式。讨论了不同的解调方式的利弊。 其次本文研究了FBG和具有长程监测能力的基于宽谱光源问讯的光纤干涉仪的复用。提出两种新颖的组合复用方式:集成传感单元式和平行拓扑结构式。基于耦合模理论以及低相干理论给出了两种组合复用方式的理论分析;以及相应的实验测试,结果证明了这两种方案的可行性。 接着本文提出了一种崭新的基于宽谱光源问讯的复合腔光纤传感结构;此结构由光纤腔和空气腔组合构成。对应于此传感结构,同时给出了新颖的基于双FFT峰解调方案。复合腔传感结构可以有两种不同的应用方法;第一种可以作为改进的Fizeau应变传感器,其保持Fizeau应变传感器的可以对温度有最小串扰的特点,同时克服了腔长对Fizeau复用能力的限制,提高了潜在复用度;第二种应用是此结构可以实现短程和长程应变同时监测。同时还讨论了复合腔传感结构和FBG组合复用的几种方式。 最后,本文给出了我们设计的实现局部和全局的验证性实验以及所设计的一套基于可调滤波器的解调系统。并给出了基于此系统解调封装好的FBG,实现对澳大利亚Como Railway Bridge以及混凝土试样监测的实验结果。此系统的测试分辨率为±1με,精度为±5με。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP212.14

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【参考文献】
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