振动光纤传感系统的分解.doc

振动光纤传感系统的研究 基于振动光纤传感系统的研究 随着光纤通信技术的发展，光纤传感器以其体积小、不受电磁干扰、绝缘性 能高、防爆性能好、耐腐蚀等优点得到日益广泛的应用，成为传感领域内发展较快的技 术之一。 其中，光纤法布里．珀罗传感器和光纤布喇格光栅传感器是光纤传感器 的典型代表，两者各有所长，均得到了广泛的应用。 在对光纤法布里．珀罗 传感器和光纤布喇格光栅传感器的工作原理及其现有解调技术深入研究的基础上从白光干涉解调系统出发，提出一种新颖的光学设备——紧凑型光程扫描 器，并基于这种光学设备组建两种传感器的解调系统。 跟其它同种功能的解调 装置相比本文提出的紧凑型光程扫描器采用非机械式扫描方式，便于光纤接 入，且具有价格便宜、体积小、结构简单等优点。 全文主要的研究工作如下： 提出了紧凑型光程扫描器的设计方 法。 传统的光程扫描器一般都是通过机械方式实现的，其光路结构较为复杂、 体积大，且价格昂贵。 而本文提出的ＣＯＰＳ，是通过改变液体温度来实现的， 液体的体积随温度变化是线性的、非机械的而且这种ＣＯＰＳ体积小、结构 简单、抗干扰能力强。 ２）搭建了Ｃ０２激光焊接装置。 对于光纤和石英管的固定，常用的方法是用胶体 将两者粘合在一起，然而胶体的热膨胀系数等物理特性和石英有很大的区 别因此，难以保证粘合后器件长期工作的稳定性。 本文设计出一套焊接装 置能够用激光器将光纤和石英管很好的焊接在一起石英管和光纤是同种材质它们的各项物理特性都相同，因此能够大大提高的稳定性。 并且，这种焊接工艺还能够应用于光纤Ｆ．Ｐ传感器的制作，也能够大大提高 Ｆ．Ｐ传感器的稳定性和可重复性。 ３）构建了基于ＣＯＰＳ的白光干涉解调系统。 将ＣＯＰＳ用于白光干涉解调系统， 并将该解调系统用于温度和应变解调。 当今的信息时代是以两大技术的出现与发展为基础，同时也以这两大技术为 支撑的。 其一是包括超大规模集成电路在内的计算机技术，它使得信息处理能 力成百万倍地提高； 其二是包括半导体和光电子器件在内的通信和网络技术， 它使信息传输能力成千上万倍地提高。 １９９６年，高锟博士和Ｈｏｃｋｈａｍ博士科学地预见了石英玻璃纤维作为通信传输媒质的巨大潜力； １９７０年，美国康宁公 司首次拉制出损耗为２０ｄＢ／ｋｍ的光纤，展现出光纤通信技术发展的美好前景闭； 同年，双异质结ＧａＡｓ．ＧａＡＩＡｓ（砷化稼．稼铝砷）激光器室温下的连续工作将光 纤通信送入了发展的快车道。 １９９０年后推出的以电时分复用为基础的单信道光 波通信系统，将传输速率每５年提高９倍； ２０世纪９０年代中期，由于掺饵光纤 放大器的实用化推动了波分复 用技术的实用化，实现了，ｒｂｉｔ／ｓ（每 秒１万亿比特）量级的传输速率１３〕。 ２０世纪７０年代伴随着光纤通信技术的发展，光纤传感技术也得到了迅速发 展，并在许多领域得到广泛的应用。 光纤传感是一种以光波为载体，光纤为 媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。 由于半导体激光器和实用 化光纤的研制成功，光纤通信进入到实用化阶段人们发现在实际的光传输过 程中，外界环境因素会影响到光纤中传播的光波的某些特征参量。 据此想到如 果能够检测出光波特征参量的变化就可得知导致这些光波特征量变化的物理量 的大小，于是一种新的传感器一光纤传感器出现了。 １９７７年，美国海军研究 所开始执行光纤传感器系统计划，这标志着光纤传感器的诞生。 在此后３０多年 时间中，光纤传感器获得了迅速发展目前已成为一个种类繁多的巨大家族， 在军事、科研、商业、安全检测等领域都有广泛的 应用。 光纤传感器从本质上看是一种器件，在外界物理量、化学量、生物量或其他 类似因素的影响下，光纤的某些特性会发生变化。 具体讲，就是将一光源发出的光学性质保持不变的光通过某种固定的耦合方法入射到光纤然后进入调制区，最后又从同一光纤或不同的光纤返回到光电转换器件经光电转换器件转 换成电信号后再由光纤传感解调系统解调后就能得到被测对象的大小和状态。 调制区可以由光纤本身组成，也可以由其他介质组成。前者称为传感型传感器， 后者称为传光型传感器。 光纤传感器具有如下独特的、传统传感器无法比拟的优点 结构简单、体积小、重量轻、光路有可挠曲性。 利用光纤的这些特点可构成外形各异、尺寸不同的各种光纤传感器，可应用于航空、航天以及狭窄空 间。 ２）环境适应性强。 光纤传感器所用的元件（光纤、透镜等）是用石英等绝 缘材料制成，对电无感应、无放电现象，绝缘性高，本质安全，耐腐蚀，化学 稳定性也好。 可应用于电力、石油、化工、冶金等强电磁干扰、易燃易爆、强 腐蚀的恶劣环境。 ３）非接触、非破环性。 由于光纤传感器是非电连接，且内部没有机械活动 零件，因此可采用非接触，非破坏以及远距离测