光纤光栅温度传感数据处理与温度定标_电子论文

(光纤光栅温度传感数据处理与温度定标 69页 22896字包括开题报告文献综述任务书外文翻译程序电路图答辩记录等）

摘要：光纤光栅传感是一种新型的传感技术，它伴随光纤通信技术的快速发展而出现。这种传感器具有可靠性好，抗干扰能力强，抗腐蚀等优点。作为传感元件，光纤光栅将被测量的信息转化为其相应的波长。温度和应变测量是光纤光栅传感的主要领域。目前光纤光栅传感器已经应用在民用建筑、航空航天、船舶、医学、生物学、化学、石油化工、核工业等诸多领域。
本文主要介绍了光纤光栅温度传感的响应机理和封装技术。为了提高光纤光栅的温度敏感特性, 研究了管式封装光纤光栅的温度传感特性。研究结果表明: 光纤光栅对温度非常敏感, 具有很好的线性度; 经过管式封装的光纤光栅明显地提高了温度敏感特性; 用光纤光栅可以方便制作分布式温度传感器。实验采用恒温装置。在30℃至60℃温度范围之内使用了中心波长为1549.3nm光纤布拉格光栅进行测量。先进行了裸光栅的测量。在光栅封装之后又进行了测量。实验结果表明，光纤光栅在封装之后温度灵敏度为裸光栅的2倍。最后对这个测温系统的软件编写做了介绍。

关键词：光纤布拉格光栅；温度传感；封装
中文分类号：TN913.7

Data processing and Temperature calibration of Fiber grating temperature-sensor
Abstract: Fiber grating sensor is a new sensing technology. With the fast developing of fiber communication,fiber grating sensor appears. This kind of sensor has many advantages. For example,it has high reliabitity,strong resistance of electromagnetism and corruption. As element of sensor, fiber grating uses wavelength code which changes measured information to response wavelength.Measuring temperature and stress are main application areas of fiber grating sensor. Fiber grating sensor has used in building,aviation,ship,medicine,biology,chemistry,oil,nuclear and so on.
This essay introduces principle of temperature response and fiber grating packaging methods. In order to improve the FBG′s temperature sensitivity, a way of steel capillary encap sulat ion for FBG is brought forward, and its temperature sensing properties are also studied. The research results show that the FBG is sensitive to temperature; thesensing linearity is wonderful; Steel capillary coating can greatly improve the sensitivity for FBGs; and the FBG is adapt to made into temperature sensor.
The thermal characteristics of packaged FBG are analysed by a constant temperature bath.The temperature range is from 30℃to about 60℃. The central wavelength of the FBG is 1549.3nm. We measure the naked FBG first.Then we package the FBGand measure the packaged FBG. According to the experimental results,the heat sensitivity of packaged FBG about 2 times the figure of naked FBG.Finally the system of software is introduced.

Key Words: FBG; temperature sensor; package
Classification: TN913.7

目次
摘要 ...............................................................I
目次 ..............................................................Ⅲ
1绪论..............................................................1
2光纤光栅理论分析..................................................3
2.1光纤Bragg光栅的理论模方程......................................3
2.2光纤Bragg光栅的原理............................................5
3光纤布拉格光栅的封装..............................................7
3.1Bragg光纤光栅封装技术介绍.......................................7
3.2 Bragg光纤光栅封装..............................................8
4.实验.............................................................11
4.1实验设计与分析 11
4.2 实验仪器 11
4.3实验设计步骤 11
4.4 实验数据记录和处理 11
4.5定标 18
4.5 实验分析和结论 19
5.软件和算法.......................................................20
5.1软件介绍 20
5.1.1 MATLAB软件...................................................20
5.1.2 LabVIEW软件..................................................20
5.2 软件的整体结构 21
5.3算法介绍 21
6结束语............................................................23
参考文献...........................................................25
学术论文数据集.....................................................26

1.绪论
人类在20世纪进入了信息化时代，计算机和网络通信的迅速发展极大地改变了社会的面貌，打破了地域的限制，愈加强烈地体现了多样化社会的全球性。信息作为社会机体的灵魂，正渗透到社会细胞的每个角落，发挥着瞬息万变的调节功能。
光纤传感器技术是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的。自1978年K.O.Hill制作首只光纤布拉格光栅以来,人们在通信和传感领域对其进行了广泛的研究并取得了丰硕的成果。在光通信系统中，光纤被用作远距离传输光波信号的媒质。显然，在此类应用中要尽量避免光纤传输的光信号少受外界干扰。这一现象启发人们提出了光线传感的概念。如果能测出光波参量的变化，就可以知道导致这些光波参量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小。光纤传感技术就是在此背景下产生的。
光纤传感器就是利用待测物理量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调制过的光波信号进行解调检测，从而获得测量值的一种装置。具体说来，就是利用光导纤维在预测媒质中光的偏振状态、相位特性、光强等变化来检测各种物理量的仪器。
光纤光栅是最近几年发展最快的光纤无源器件之一。由于光纤光栅传感器自身具备许多不可替代的优越性，它受到了全世界范围内的广泛重视，并且己经取得了持续和快速的发展。
作为传感元件,光纤光栅将被感测信息转化为其反射波长的移动,即波长编码,因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。同普通的传感器相比,光纤传感器有诸多优点:光纤传感器不受电磁场的干扰、光纤导光性能好、损耗低、绝缘性能好、防爆、耐腐蚀、可靠性高、,易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列,实现分布式传感、与强度信息无关、便于形成各种形式的光纤传感网络。又由于光纤光栅是利用光纤的光敏特性制成的。因此它具又有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小、器件微型化、能与光纤很好地耦合、可与其他光纤器件兼容成一体、不受环境尘埃影响等一系列优异性能。光纤光栅传感器最重要的就是它的传感信号为波长调制。这一传感机制的好处在于: (1) 测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响; (2)避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要; (3) 能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布喇格光栅进行分布式测量;(4)可实现波分复用: FBG的传感信号是直接波长编码,因此具备其他传感器或设备无可比拟的优势;(5)尺寸小,结构简单: FBG是通过紫外线照射光纤的方法来制备的,即改变光纤内的局部有效折射率,因而并未改变光纤本身的外部尺寸。另外, 光纤光栅很容易埋入材料中对其内部的应变和温度进行高分辨率和大范围地测量, 光纤光栅传感器被认为是实现“光纤灵巧结构”的理想器件。因此自1989年Mo rey首次报道将光纤光栅用作传感以来, 受到了世界范围内的广泛重视, 并且已经取得了持续和快速的发展。同时,随着光纤光栅各项技术的发展,其成本也将更加富有市场竞争力,因此具有广阔的前景。有关光纤光栅传感器的感应原理、性质、制作、解调以及复用技术等, 已经有很多文章作了介绍,国内外学者的研究表明:光纤Bragg 光栅温度特性稳定,并且温度传感的线性度非常好,是理想的温度传感材料。

光纤光栅温度传感数据处理与温度定标

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