高低溫環(huán)境下光纖傳感的傳感特性及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、隨著光纖的出現(xiàn)以及光纖通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，光纖傳感器技術(shù)也日趨成熟并逐漸實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的普及以及產(chǎn)業(yè)化的形成。光纖傳感器技術(shù)是將光纖作為傳感介質(zhì)，光作為載體從而完成對(duì)被測(cè)量物的力、變形、位移、溫度等不同參數(shù)的測(cè)量傳感。作為光學(xué)傳感器，光纖傳感器技術(shù)在原理、方法、信號(hào)處理等方面不同于傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器，其以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括抗電磁干擾、本質(zhì)安全、體積小、質(zhì)量輕及易于嵌入材料內(nèi)部等，在傳感領(lǐng)域得到了極大地關(guān)注與深入地研究。光纖傳感器技術(shù)符合現(xiàn)代傳感

2、器技術(shù)的需求，其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、冶金、核聚變反應(yīng)堆、大型低溫超導(dǎo)磁體等領(lǐng)域都具有極大的研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用前景，因此得到不斷地推動(dòng)并且迅速發(fā)展。但是，高溫及低溫的惡劣環(huán)境會(huì)對(duì)光纖傳感器性能帶來(lái)極大的影響，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展。因此，研究高低溫環(huán)境中應(yīng)用的光纖傳感技術(shù)，解決其在高低溫惡劣環(huán)境應(yīng)用中存在的相關(guān)理論與技術(shù)問(wèn)題具有十分重要的意義。
　　 本文針對(duì)光纖光柵在高溫環(huán)境中的衰退現(xiàn)象，結(jié)合光纖光柵的微觀機(jī)制理論研究分析普通載氫光纖

3、光柵以及金屬錫摻雜光纖刻寫(xiě)的光纖光柵的高溫衰退特性與規(guī)律，同時(shí)研究光纖光柵在液氮環(huán)境中的啁啾現(xiàn)象并分析其產(chǎn)生的原因。通過(guò)研究揭示了光纖光柵的高低溫特性，為光纖光柵在高溫及低溫等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 為了將光纖光柵溫度傳感器應(yīng)用于高溫作業(yè)的行業(yè)領(lǐng)域中，針對(duì)光纖光柵在高溫環(huán)境中產(chǎn)生衰退的特性，研究了耐高溫光纖光柵溫度傳感器制作的技術(shù)與工藝并制作了可以在700℃以上高溫環(huán)境中使用的耐高溫光纖光柵溫度傳感器。針對(duì)光

4、纖光柵溫度與應(yīng)變交叉敏感的問(wèn)題，研究了消除交叉敏感又具有耐高溫性能的溫度傳感器的封裝技術(shù)與工藝。從低溫-196℃到高溫700℃的范圍內(nèi)系統(tǒng)全面地研究分析了金屬錫摻雜光纖刻寫(xiě)的光纖光柵以及再生光纖光柵的溫度傳感特性，這對(duì)于光纖光柵傳感應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 通過(guò)液氮環(huán)境中的拉伸實(shí)驗(yàn)研究了光纖光柵在低溫環(huán)境下的應(yīng)變傳感特性，證明了其低溫應(yīng)變測(cè)量的可行性。利用光纖光柵體積小、易于嵌入到材料內(nèi)部等優(yōu)勢(shì)將其應(yīng)用到脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)中

5、，測(cè)量液氮環(huán)境中脈沖強(qiáng)磁體線圈勵(lì)磁過(guò)程中應(yīng)變的變化，這一測(cè)量方法對(duì)于脈沖強(qiáng)磁體領(lǐng)域的研究具有重要價(jià)值。
　　 為了解決光纖光柵高溫條件下機(jī)械強(qiáng)度降低無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測(cè)量以及光纖傳感器應(yīng)變與溫度交叉敏感等問(wèn)題，開(kāi)展了復(fù)合非本征型光纖法布里珀羅—光纖光柵溫度應(yīng)變同時(shí)測(cè)量傳感技術(shù)的研究。分析了非本征型光纖法布里珀羅—光纖光柵復(fù)合傳感信號(hào)的互擾問(wèn)題。采用超高真空磁控濺射鍍膜及激光焊接等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳感器的無(wú)膠化封裝，克服了膠粘劑老化等問(wèn)題