文档介绍：摘要超结构光纤光栅是一种新型的光纤光栅,超结构光纤光栅因其特殊的滤波特性、严格的波长洲隔以及结构紧凑、易于集成和低成本等特点,已引起了广泛的研究兴趣。本文基于耦合模理论和传输矩阵法,分析了超结构光纤光栅的反射图谱,对超结构光纤光栅应变和温度传感特性进行了研究。文章从超结构光纤光栅的理论基础,反射光谱特一降、超结构光纤光栅传感机理三方面展开研究。首先,论文从超结构光纤光栅的理沦基础入手,分别用傅氏变换的方法和耦合模理论对超结构光纤光栅进行分析,通过分析比较这两种方法,采用耦合模理论并运用传输矩阵法解方程组,得到了超结构光纤光栅的基本理沦公式,接着分析了超结构光纤光栅的光谱特性,为下文在计算机中仿真分析打下基础。其次,对均匀超结构光纤光栅、变迹超结构光纤光栅这两类超结构光纤光栅反射谱特性进行了分析。通过调整超结构光栅各参数诸如:光栅长度、折射率平均变化量、变迹函数等,从而可获得理想的反射谱特性。最终找到一种适合进行温度和应变传感实验的超结构光纤光栅。最后,在分析光纤布拉格光栅温度和应变传感模型的基础上,用计算机来仿真超结构光纤光栅温度、鹿变传感实验,并分析了温度、应变对超结构光纤光栅的光谱特性的影响因素,接着给出了超结构光纤光栅反射率和波长与温度、应变变化的函数关系式,同时对实验系统和误差进行了分析,为超结构光纤光栅在传感器领域中的应用提供了一定的理论依据。关键词超结构光纤光栅;耦合模理论;传输矩阵法;应变:温度
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第滦髀引言光纤传感技术是上个世纪八十年代发展起柬的光纤应用技术,足信息领域的一个重要技术基础,在当代高科技中占有十分重要的位置。随着/同系统工程自动化程度和复杂程度的增加,对传感器的精度、可靠性、响应灵敏度及经济实用性的要求越来越高。光纤传感技术正足适应这种要求,随着光纤和光纤通信技术的迅速发展的趋动而产生的。光纤传感器由于具有体积小、损耗低、灵敏度高、抗电磁干扰、绝缘件好等优点【】,可同时作为传感元件和传输媒介,并且容易实现多点和分布式测量。尤其是自光纤布拉格光栅蛐次狥感器【出现以来,更显示出了其诸多/可替代的突出优越性,因而有十分广阔的应用前景。世纪—年代,光纤光栅的制造成本和可靠性一直制约着它的大规模应用【俊W罱改晁孀磐ㄐ藕痛ǜ屑际醯难杆俜⒄梗杂诠庀瞬祭光栅的需求激剧增加,同时,光纤光栅的制造技术也日趋成熟和可靠,这些因素促进了光纤光栅成批量生产的出现,也使光纤光栅传感器的制作成本人幅下降,可靠性得到提高,光纤光栅丌始走向实用化,并且光纤光栅也成为近年来发展最为迅速、最具有代表性的光纤无源器件之一。在光纤光栅族里,超结构光纤光栅简写为且恢中滦偷墓庀斯庹ぃ蚱涮厥獾穆瞬ㄌ匦浴⒀细竦牟长间隔以及结构紧凑、易于集成和低成本等特点,己引起了众多学者广泛的研究兴趣,用超结构光纤光栅构成的新型光子学器件在庀送ㄐ网中有着很好的应用潜力。与光纤布拉格光栅不同,超结构光纤光栅折射率调制不是连续的而是周期性间断的,相当于在布拉格光栅的折射率正弦调制上加了一个方波型包络函数,所以超结构光纤光栅就像对光纤布拉格光栅取样得到的,超结构光纤光栅也称为取样光栅。超结构光纤光栅引起基阶导波模与包层模之日鸟詈希诠庹ね干淦
光纤光栅传感器的应用面,也可以在浇筑时埋入结构中刑锚构进行实时测量,监视结构缺陷的形中产生宽带损耗峰。由于包层模耦合引起的共振峰与布拉格反射峰对外界环境参量缥露取⒂Ρ洹⒄凵渎实具有不同的响应特性,所以超结构光纤光栅是一种理想的多参量传感元件。本文旨存对超结构光纤光栅的理论及其温度和应变传感特性做一些研究和探讨。由于光纤光栅传感器自身具备许多不可替代的优越性,所以自从年甅等人首次报道将光纤布拉格光栅用作传感器以来,它就受到了全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。到目前为止,光纤光栅传感器己经在民用】:程结构、航空航天业、船舶航运业、石油化工业、医学、核工业等方面获得了应用。裼媒峁怪械挠τ民用工程中的结构检测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域。基础学结构的状态、力参数的测量对于桥梁、大坝、隧道、高层建筑和运动场馆的维护是至关重要的,通过测量建筑物的分布应变,可以预知局部载荷的状态。光纤光栅传感器既可以贴在现存结构的表成和生氏。另外,多个光纤光栅传感器‘以串接成一个网络对结构进行分布式检测,传感信号可以传输很长距离送到中心监控室进行遥测。因此在民用工程中,光纤光栅传感器成为结构检测的最重要手段。娇蘸教煲抵械挠τ航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架衅魑A思嗖庋沽Α⑽露取⒄穸⑷剂弦何弧⑵鹇浼茏刺⒒砗方向舵的位置等,所需要使用的传感器超过觯虼舜ǜ衅鞯某叽绾重量变得非常重要。光纤光栅传感器只有庀耍舾性<光栅谱在纤芯中,从尺寸小和熏量轻的优点来讲,几