一、Optical Properties of High Sensitivity Fiber Bragg Grating on Temperature Sensor（论文文献综述）
丁志超[1]（2021）在《光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究》文中进行了进一步梳理光学传感器因其结构简单、响应速度快、设计灵活及抗电磁干扰等优点,在推动新一代物联网和智能传感技术的发展中起着举足轻重的作用。同时这些新兴技术的发展也对光学传感的相关性能和技术提出了更高要求。本学位论文从提升传感器的性能参数方面入手提出了三种传感系统,即具有三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜（HiBi-FLM）传感器、高双折射光纤环镜结合光纤布拉格光栅（FBG）传感器、基于游标效应的级联高双折射光纤环镜传感器,每个传感系统都涉及到新的传感机制。此外,论文还提出了两种基于边缘滤波的、用于光纤光栅传感器波长解调的方法,分别是基于高双折射光纤环镜的FBG波长解调系统、基于致密阵列宽带锯齿波（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统,两个波长解调系统都涉及到新的波长解调方法。论文主体内容的每一章都围绕一种传感系统或波长解调系统展开,从理论与实验两方面分别介绍了系统原理、关键器件设计与实现及系统的性能参数,取得的主要研究成果及创新点如下:1.提出并搭建了结合三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜传感系统。设计了一种结合三段高双折射光纤的高双折射光纤环镜传感器,使用琼斯矩阵推导了具有任意段HBF的HiBi-FLM透射谱表达式,通过将三段HBFs式HiBi-FLM的透射谱表达式对温度、应变进行微分得到透射谱中谐振谷的温度、应变灵敏度表达式,仿真了结合三段HBFs的HiBi-FLM的透射谱,仿真结果与实验测量基本吻合。实验证明了此传感器的温度与应变区分能力,所提出传感器的温度和应变测量分辨率分别为±0.3℃、±12με。2.提出并搭建了结合一段HBF和一个FBG的HiBi-FLM传感系统。由于HiBiFLM透射谱中谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度不同,因此可通过将测量目标谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度构成传感系数矩阵。使用提出的传感器进行温度、应变同时测量时,只需测出目标谐振谷和FBG谐振峰的波长漂移,再结合传感系数矩阵,可解耦温度和应变变化分别对波长漂移的影响,得出环境温度和应变的变化量。实验测量了所提出传感结构的温度、应变响应特性,传感器的温度、应变测量分辨率分别被实验测量为±0.5℃和±22με。3.提出并搭建了基于级联HiBi-FLM的具有游标效应的高灵敏度温度传感系统。由于HiBi-FLM透射谱具有周期性,因此可将其看作光学刻度尺,通过级联两个分度值略微不同的光学刻度尺,可在级联输出中形成游标光谱,从而放大单个HiBi-FLM透射谱的周期,当单个HiBi-FLM的透射谱发生小的漂移时,级联结构的游标谱将向相应方向发生一个放大倍数的漂移,从而实现测量灵敏度和分辨率的放大。理论阐述和仿真了基于级联光纤干涉仪的光学游标效应的具体实现过程,给出了游标效应放大倍数的计算公式并推导了级联干涉仪透射谱的方程。提出使用洛伦兹拟合算法和高斯拟合算法来拟合游标谱的包络,恢复了目标包络峰值,从而实现对级联结构游标谱移的精确标定。实验制作了级联HiBi-FLM传感器,测量了所制作传感器的温度特性,实验结果表明级联结构透射谱波长漂移灵敏度是单个HiBi-FLM的M倍,M与理论预测值基本一致。提出通过减小两个干涉仪的自由光谱范围（FSR）之差可进一步提升级联结构的灵敏度和分辨率,实验制作了FSR之差更小的两个HiBiFLMs,并测量了单个和级联HiBi-FLM结构的温度响应特性,实现了级联结构温度灵敏度、分辨率的更大倍数放大。4.提出并搭建了基于交叉HiBi-FLMs的FBG波长快速解调系统。阐述了基于边缘滤波器的波长解调系统的众多优点,提出可将两个HiBi-FLMs透射谱中周期性的上升沿（或下降沿）用作边缘滤波器来解调FBG的谐振波长,两个信道的解调结果取对数再相减是FBG谐振波长的一次函数,从而实现对FBG环境参量的线性映射。实验制作了满足实验需要的具有特定FSRs的两个HiBiFLM,在系统设计中使用波分复用和时分复用技术实现对多路传感信号的同时解调,从而实现同时对多点振动情况进行动态监测并重建了铁管振幅的幅度谱。所提出波长解调系统具有结构简单、成本低、设计灵活、解调速度快等优点,其有望在超快动态现象监测、地震监测和高分辨率传感领域得到广泛应用。5.提出并搭建了基于致密阵列宽带锯齿（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统。使用菲涅尔衍射分析方法推导了有限反射虚像相位阵列（FRVIA）的谱色散公式,并仿真了FRVIA的色散谱和基于FRIVA的JAWS滤波器的光谱。实验制作了基于FRVIA的JAWS滤波器,测量的JAWS滤波器的光谱与仿真结果基本一致。使用搭建的JAWS滤波器实现了对三路FBGs信号的实时动态解调,监测到了铁管振幅的实时动态变化,并计算了应变波在铁管中的传播速度。推导了采集到的电压数据和铁管振幅之间的映射关系。所提出的波长解调系统可实现对变化频率小于等于200 k Hz的FBG环境参量信号的探测与解调,它具有解调速度快、抗电磁干扰、使用灵活、成本低等优点,其有望在分子动力学传感和航空航天诊断等超快动态现象监测、高速通信、超快超高分辨率传感、结构健康监测、医疗等领域得到广泛应用。
张天熙[2]（2021）在《光纤热线式低启动流量传感技术研究》文中提出在石油生产测井领域中,准确地获取井中流体流量信息,对于油井状态评估、油井采收率提高和工程安全监测等具有重要意义。随着石油化工产业的不断发展和人类对于能源需求的不断扩大,石油生产测井逐渐从常规测井向低渗油气、高含水油气、页岩气等开采难度较高的方向转换,原有的流量检测手段逐渐难以满足人类的需求。光纤传感技术由于其具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐高温高压、尺寸小、易于组网复用等优势,得到了相关领域科研人员的广泛关注,具有良好的市场前景。本论文提出光纤光栅热线式流量传感器和基于法布里珀罗干涉与光纤光栅级联型热线式流量传感器,利用热线式传感器对于低启动流量敏感的特性,实现了对管道中流体流量高灵敏、低启动、快速响应的流量测量。具体内容包括:1.从理论方面阐述了热式流量检测技术的基本原理,包括热平衡理论和热传递理论。分析和计算了在流体域中热量扩散速率与流体流动速率的关系,利用有限元分析法建立了恒功率热源在流体中温度随流速变化的物理模型。2.提出了基于光纤光栅波长解调型热式流量计,实现了对于流体流量的高灵敏度、高分辨率、低启动测量;同时研究了传感器增敏技术和温度补偿技术,提高了传感器灵敏度,解决了环境温度与热源的交叉敏感问题。3.提出了法布里珀罗干涉与光纤光栅级联型干涉结构,制作了基于法布里珀罗干涉与光纤光栅级联型干涉结构的光纤流量传感器,实现了对流量的高灵敏度、高分辨率、低启动测量。本论文提出的光纤流量传感器均为光纤热式流量传感器,用于解决流量范围在5-100m3/d、测试温度范围小于200℃、启动流量低于5 m3/d的生产测井流量检测难题。
张帅兵[3]（2021）在《光纤光栅温度应变解调仪研究》文中研究说明温度和应变是反映工程结构受力和健康状态的重要参数,也是对关键基础设施进行灾变预警和科学管理的重要检测内容。在实际工程应用中,许多待测参数能够转换成温度和应变量进行检测。光纤布拉格光栅检测技术是一种较为新颖的检测技术,该技术检测原理是利用光纤光栅的中心波长对温度和应变敏感的特性,将其所处环境下的温度与应变转换为波长量。此外,光纤布拉格光栅具有检测寿命长、检测精度高、不受电磁干扰、抗腐蚀性强、可组检测网络等优点,将光纤光栅作为温度和应变检测传感器逐渐普及,解调设备的需求也随之增加。目前,市面上现有的解调仪,存在价格昂贵和部分性能指标不能满足高精度检测需求的问题。因此研制一款低成本、方便携带、低功耗、高解调精度、配备有适用于现场应用软件的光纤光栅解调仪具有重要意义。本文基于光纤光栅传感技术理论对已有解调方案进行分析、对比,选取了基于扫描激光器的光纤光栅解调方案,搭建了实验平台并完成了多通道解调的工程样机研制。本文主要工作在以下几个方面:（1）基于耦合模式理论,本文研究了光纤光栅的基本原理,主要包括:光纤光栅的光敏性、光学特性、传感特性,温度传感特性和应变传感特性;研究了目前应用较多的解调方案,包括:光谱仪检测法、边缘滤波检测法、匹配光栅检测法、扫描激光器检测法和可调谐F-P滤波器法,对比几种解调方案,分析了各个方案的优势和不足。（2）根据多种解调方案的分析和对比,本文选择了基于扫描激光器的解调方案,研究了基于扫描激光器解调方案的系统组成和本方案所需器件,选取合适的光电二极管,设计放大滤波电路,对多种拟合算法进行分析,分别应用了:一般多项式拟合算法、高斯拟合算法、三次样条插值算法、Voigt拟合算法和滑动平均拟合算法,选取最适合本方案的滑动平均拟合算法。对拟合后的数据进行三步定位寻峰,计算出中心波长。（3）基于微软基础类库编写了光纤光栅温度、应变解调仪上位机软件,该软件主要包括以下功能:对扫描激光器和数据采集卡等设备的设置,对温度、应变通道和光栅的控制,解调结果的展示窗口,和历史查询功能。将实验方案集成并制作了样机。（4）分析了本样机的性能指标,介绍了实验所使用装置。为了验证本解调仪的各项性能指标,设计了一系列温度、应变测试实验,分别对波长解调精度、系统解调线性、重复性、系统解调动态范围、系统解调容量等性能指标。实验结果表明,该样机的波长解调精度为±1pm、波长解调稳定性为±1pm、波长解调分辨率为1pm、系统解调速度为1Hz。此外,本文还对其他基于光纤光栅结构的传感器:位移传感器、土压计传感器和渗压计进行测试,其测试结果表现良好。
谢柳佳[4]（2021）在《基于高衰减光纤的零点稳定声波传感技术的研究》文中认为声波传感器是生产生活中的不可或缺的存在,在众多领域中展露锋芒。传统电子式传感器探测精度不够而且不适用于特殊环境。而光纤干涉型声波传感器相对来说灵敏度高,而且体积小、适用性强,能满足人们在各类工程应用与日常生活中的应用需求。然而,目前主流的一类光纤声波传感器是基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）结构的,如果不做特殊的处理或者补偿,该结构的干涉谱对环境温度的变化非常敏感,容易造成传感器零点漂移,影响其探测灵敏度。本文以“零点温漂”为基础,首先设计了一种基于高衰减光纤的法布里-珀罗干涉型传感器。该传感器包含两个波长匹配的光纤布拉格光栅（FBG）作为法布里-珀罗（FP）腔的两个反射面,其中FBG是采用准分子激光器在标准单模光纤（SMF）上制成的,在腔体中间还熔接了一段采用湿化学法刻蚀的高衰减光纤（HAF）。基于微纳光纤的强倏逝场作用,传感器可感知周围介质由于声波引起的微小折射率变化,实现信噪比超过40 dB的水下声波探测。并且HAF可吸收光能量转换成热能的性质可帮助实现温度补偿,进一步提高了探测稳定度。此外,结合氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）与光纤传感技术进行声波传感研究。氧化石墨烯薄膜作为振动膜,将它与光纤结合形成FP干涉结构用于探测微弱的声波。本论文设计了 SMF-HCF-GO和SMF-HAF-HCF-GO两种结构用于对比,实验结果表明,两个结构能达到最小可探测声压分别为39μPa/Hz1/2和49μPa/Hz1/2,两者对声波具有线性的声压响应分别为512.54 mV/Pa和410.24 mV/Pa;但基于高衰减光纤的光热效应后者可以通过调节泵浦激光器功率大小来实现零点稳定。
刘日照[5]（2020）在《新型耐高温光纤光栅的制备及性能研究》文中认为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）是一种广泛应用于光纤通信和光纤传感领域的关键器件,普通FBG在高温环境下长时间工作其光敏特性会逐渐衰退甚至完全擦除,从而限制了光纤光栅在高温传感领域的应用。然而,通过高温退火（850～950℃）可以使FBG在高温擦除后重新生长形成的热重生光纤光栅（Regenerated fiber Bragg grating,RFBG）,能够在1000℃以上的高温环境中稳定工作,并且性质稳定。但经高温退火处理后,RFBG的机械强度较一般FBG显着下降,使得RFBG难以满足工程应用的需求。本文基于相位掩模法,设计、优化并搭建了一套光纤光栅刻写系统,研究了FBG的刻写与性能。通过采用单模石英光纤,在所制备的具有良好测高温效果的RFBG的基础上,对光纤光栅的轴向应力和石英光纤中分子组分与结构进行了研究,分析与推论了RFBG脆性的成因。其主要研究内容如下:（1）在传统相位掩模法刻写光路的基础上,通过加入扩束系统使得激光光斑更加均匀可调。标定了激光器在传输过程中的损耗,其损耗近95%;研究了曝光能量、光纤种类、栅区长度等条件对光栅光谱性能的影响,使得所搭建的平台能够精确、定制化刻写光纤光栅。评估了载氢光纤与B/Ge共掺光纤的光敏性差异,研究结果表明:由于其掺杂的不同,光敏光纤在曝光38.68J能量后,FBG的反射率为98.17%。在同样条件下,载氢光纤刻写的FBG反射率为82.98%;但继续曝光到77.36J能量时,载氢光纤刻写的FBG反射率可达到99%。（2）搭建了光纤光栅热重生实验平台,并对所制备的RFBG进行了高温测试,其温度灵敏度达15.6pm/℃,在100～1000℃区间均有很好的线性响应度。分析了RFBG的退火程式,探求了最佳的退火温度,通过对比发现,在925℃下退火后,重生率最高为61.1%;通过分析得到最佳退火温度在920℃～935℃之间,当温度低于900℃时,退火重生到饱和的时间较长,增加了制备RFBG的不确定性;当温度高于950℃时,退火会导致光谱特性变差。通过光纤轴向应力测试及材料内部组分分析,研究了退火前后光纤光栅的性能变化,发现光纤光栅退后前后状态改变的主要原因是退火时的温度过高,使得光纤内部的取向变小,内部压应力与拉伸应力都减小,导致结构不如原始光纤紧密,使得机械性能降低,脆性增大。该工作为提高RFBG的机械性能,解决其脆性问题提供了可靠的理论与实验依据。（3）通过使用不锈钢钢管和高温陶瓷胶的方式对热重生光纤光栅进行了封装。封装后的RFBG传感器的温度灵敏度为14.8pm/℃,对光栅脆弱的栅区起到了很好的保护作用。通过在已有的光电电路板加上AWG搭建了一套解调设备,同时实现了分布式温度测量,在0～20℃下温度灵敏度为0.414℃-1;在100～150℃下温度灵敏度为0.3784℃-1。
李平[6]（2021）在《基于偏芯与线性阵列多芯光纤的传感器件研究》文中研究说明随着科技进步,物联网高速发展,从生产加工到物流汇通,从精细控制到全球物联,从医疗检测到国家安防,对信息获取的需求正向多元化发展。光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快,稳定性好、能适应恶劣环境等优点,在工程领域已经得到了广泛的应用。传统光纤传感器已经无法满足低串扰、高集成和多功能的需求,提出新型光纤传感器件成为的应用研究的热点。本文开展的工作是利用特种光纤在模式、结构等方面的多样性,提出了多种功能各异的光纤传感器,从理论和实验的角度对其传感特性进行了深入研究,并探索了纤内集成传感。本论文的主要工作包括:1、研究基于偏芯少模光纤的芯模-芯模型Mach-Zehnder干涉仪的传感特性。利用光纤错位熔接技术同时激发少模光纤纤芯中的LP01与LP11模式,并利用光纤腐蚀技术减弱了包层模式的激发,实现纤芯内LP01模与LP11模的模式干涉。与同种光纤构建的芯模-包层模干涉仪相比,芯模-芯模型双模干涉仪具有更高的折射率灵敏度和较低的温度灵敏度。当折射率在1.335～1.400范围内时,该干涉仪的平均折射率灵敏度为1300.4nm/RIU,在环境折射率约为1.400时可达2565.2 nm/RIU。当温度在20°C～200°C范围内时,温度灵敏度仅为-9.6 pm/°C。该芯模-芯模型Mach-Zehnder干涉仪可以实现低温度串扰的高灵敏度折射率传感器。2、研究基于少模孔助偏芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪的传感特性。仿真分析了孔助偏芯光纤空气孔中填充和未填充液体两种情况下的模式激发特性,确定了两种情况下构成Mach-Zehnder干涉仪的最佳耦合错位熔接距离,并对其折射率传感及温度传感特性进行了仿真分析和实验验证。由于空气孔的存在,孔助偏芯光纤少模干涉仪可用作低温度串扰的光纤微流通道折射率传感器。提出了基于孔助偏芯光纤的弯曲补偿型长周期光纤光栅。利用光纤错位熔接技术使孔助偏芯光纤纤芯在光纤径向反方位熔接,在熔接点两侧对称地写入长周期光栅。由于径向弯曲熔接点两侧的光栅具有完全相反的弯曲响应,因此具有抗弯效应,弯曲灵敏度仅为0.47 nm/m-1,在温度30°C～210°C,该结构对温度响应灵敏度约为55 pm/°C。基于少模孔助偏芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪折射率传感器可作为一种抗弯型温度传感器。3、研究基于线性阵列5芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪传感特性。对线性阵列5芯光纤超模的模间干涉进行了研究。芯模间的干涉对轴向应变和曲率变化不敏感,芯模和包层模间的干涉对垂直于纤芯排列方向的应变和弯曲非常敏感,应变和弯曲灵敏度分别为-0.8 pm/με和10.37 nm/m-1。所提出的Mach-Zehnder干涉仪能够利用不同的模式干涉实现对不同物理参量的传感。4、研究基于双周期线性阵列6芯光纤的布拉格光栅的传感特性。讨论了异质双周期线性阵列6芯光纤的超模特性,两组不同尺寸的纤芯形成两个独立的超模群,并在6个纤芯上分别刻写了布拉格光栅。每个纤芯内布拉格光栅的温度灵敏度约为10 pm/°C,轴向应变灵敏度约为1 pm/με。所提出的异质双周期线性阵列6芯光纤可以将不同谐振波长的布拉格光栅集成到同一平面。
刘杰[7]（2020）在《光纤布拉格光栅高温传感与解调技术研究》文中认为光纤布拉格光栅温度传感器相较于传统热电阻式温度传感器具有抗干扰、响应快等优点,可在各种严苛环境下实现温度测量,并且具有较高的测量精度。对于光纤布拉格光栅温度传感器的应用而言,关键点在于如何准确地从传感器返回的光谱信息中解调出波长的漂移量,以及在高温环境下传感器的耐用性。本文通过对使用飞秒激光刻制的聚酰亚胺涂层的纯石英光纤布拉格光栅进行保护性封装,并且基于分光解调原理,设计并实现了用于高温测量的解调系统以及传感器,主要进行了以下研究工作:首先,从光纤布拉格光栅传输及传感原理出发,推导了反射光谱信号随温度变化的关系式。对比分析了目前主要的几种解调方法,并且确定采用基于分光法的集成线阵InGaAs探测阵列的光谱解调法。然后,设计并建立了光纤布拉格光栅温度传感解调系统,包括系统结构设计、器件选型、电路设计和软件设计四部分。主要采用ASE光源和小型数字化光谱仪的器件搭配,而电路设计部分根据反射光谱信号的特征及性能要求,采用A/D模块对于光谱信号进行数字转换,通过FPGA控制电路进行数据信号处理,实现传感信号的解调,并相应完成各个模块的软件开发与调试。最后,通过使用不锈钢毛细管对传感器进行封装并完成标定测试,搭建实验平台,验证硬件电路系统和软件算法的可行性,完成传感器反射光谱信号的峰值确定,进而实现温度解调。通过实验可得传感器温度灵敏度为14.45pm/℃,可以在800℃环境下稳定工作,其最大耐温值可以达到1000℃左右,解调系统波长灵敏度为5pm,解调速率17KHz,温度分辨率小于1℃,温度测量最大测量误差为0.071%,具有较小的测量误差和较高的测量稳定性,实现预期目标。
王崇禧[8]（2020）在《少模光纤双参量传感特性研究》文中研究表明光纤传感器因其传感灵敏度高、抗电磁干扰、耐高温等优点受到越来越多的关注,同时也面临着严峻的挑战,部署成本高是主要的挑战之一。少模光纤能够支持多个模式的光信号,可以同时用于多个物理量的传感,具有潜在的集成化程度高的优点,可以极大的降低运营成本。针对少模光纤传感时双参量、高交叉敏感区分度、高灵敏度等要求,本文提出了一种少模光纤弯曲、扭曲散斑传感器和三种少模光纤温度、应变双参量传感器。本文的主要工作包括:1、首次提出了一种基于空间和光谱（S2）成像技术的弯曲、扭曲散斑传感器。使用S2技术研究了少模光纤中的横向偏移、偏振、弯曲、扭曲等特性;利用S2成像方法重构少模光纤中LP11模式散斑,省去了使用模式转换器分离出纯净LP11模的步骤,简化了实验,降低了成本;在不需要知道光纤参数和结构的前提下,就能分析出所有高阶模的差分群延迟、相对强度、模场分布等参数,具有很强的通用性;将S2成像技术用于分析保偏少模光纤高阶主模式情况,拓展了 S2成像技术的应用范围。2、首次提出了一种基于保偏少模光纤布拉格光栅的温度、应变双参量传感器。通过选择性偏振激发研究了保偏少模光纤布拉格光栅中的模式耦合,全面分析了保偏少模光纤布拉格光栅的温度、应变传感特性。首次观测到保偏少模光纤布拉格光栅反射峰强度随温度、应变正弦变化的现象,在此基础上同时利用波长解调和相位解调,实现了基于保偏少模光纤布拉格光栅的温度和应变双参量传感,温度、应变交叉敏感区分度是目前已有方法中最好的之一。3、优化少模光纤参数和长周期光纤光栅参数,实现了一种基于少模光纤长周期光栅的高灵敏度温度、应变双参量传感器。通过理论分析和实验,证明了少模光纤长周期光栅中周期拐点和透射谱双响应峰的存在,在周期拐点附近应变、温度灵敏度达到最大,在此基础上实现了基于少模光纤长周期光栅的温度、应变双参量传感器,探测灵敏度比参数未优化时提升一个数量级。4、首次提出了一种长周期光栅辅助型温度、应变双参量干涉传感器。理论和实验证明了少模光纤中LP01和LP11模式干涉的临界波长现象,是对现有临界波长理论的补充。提出了一种高灵敏度、高调制度的长周期光栅辅助型模间干涉传感器,由于两个干涉峰具有相反的灵敏度系数,因此传感器具有很好的温度、应变区分能力。
戴彬[9]（2020）在《新型微结构光纤的设计制备及其传感特性研究》文中研究指明微结构光纤凭借结构灵活、性能优异的显着优势在数十年间受到了国内外科学研究者的广泛关注。随着微结构光纤制备和后处理技术的发展和完善,微结构光纤传感也开启了光纤传感领域的全新篇章。微结构光纤的设计制备和后处理对传感性能实现与增强发挥着关键作用。在光纤传感中,光纤模式特性对光纤干涉仪和长周期光栅性能会产生根本影响。微结构光纤可通过结构和材料优化直接实现适用于传感的固有光学特性,微结构光纤后处理则可通过光纤结构物理形变和折射率分布变化增强光纤模式特性。因此,本文的主要工作围绕微结构光纤设计制备、后处理和传感特性研究三方面展开:设计并制备了三种适用于光纤传感的微结构光纤,采用后处理手段增强光纤传感性能,实验研究基于特殊设计和后处理微结构光纤的传感特性。本文首先简要介绍了微结构光纤导光原理及分类、微结构光纤传感器件和微结构光纤后处理技术。从理论分析和以全矢量有限元法为代表的仿真计算方法出发,通过包层几何不对称方法设计了两种结构双折射微结构光纤,实现了单一材料下的光纤高双折射特性;通过中心单一空气孔环形掺杂方式设计了一种环形芯空芯光纤,实现了对模式间干涉和反谐振反射光波导效应的有效抑制;通过包层周期缺失排布方式设计了一种包层缺失型全固微结构光纤,实现了强烈纤芯模式和包层模式在光纤中的共存。采用MCVD离子掺杂技术和堆叠-拉丝技术制备得到了设计结构和光学特性还原度较高的光纤,进行了光纤模式特性相关的验证测试。根据微结构光纤结构和光学特性及传感应用不同,采用以二氧化碳激光加工、液体填充和酸腐蚀处理为代表的微结构光纤后处理技术,对光纤传感性能进行增强。通过热致周期拉锥制备了一种适用于液体填充的空芯长周期光栅,并采用液体填充方法实现了空芯长周期光栅纤芯管理与调谐;通过热致锗元素周期扩散方法制备了一种适用于高温传感的长周期光栅;通过基于氢氟酸腐蚀处理的方法实现了有利于提升折射率传感性能的光纤包层模式倏逝场增强。通过搭建光纤传感实验平台,实验研究了微结构设计和后处理对传感特性的实现与增强效果。在双折射微结构光纤扭转传感与温度响应实验中,混合型和一字型双折射微结构光纤在Sagnac干涉仪中均表现出良好扭转传感特性,其中一字型微结构光纤以1.26×10-3的高双折射表现出温度不响应特性。在温度传感实验中,液体填充型空芯长周期光栅实现了纤芯模式管理和温度灵敏度增强,最高线性温度灵敏度提升了50余倍,可达-0.618 nm/℃,且可稳定工作于-10℃低温环境。在高温传感实验中,基于高数值孔径光纤的热致元素扩散型长周期光栅经退火处理后,在室温至700℃的反复升温、降温过程中表现出稳定性能,线性温度灵敏度均达0.1 nm/℃。在折射率传感实验中,酸腐蚀处理的包层缺陷型全固微结构光纤在马赫-曾德干涉仪中表现出机械强度良好和温度不响应的折射率传感特性,最高线性折射率灵敏度达2183.6 nm/RIU。
张浩[10]（2020）在《磁流体光学电流传感的理论与实验研究》文中研究说明磁流体具有固体材料的磁性和液体材料的流动性,科研人员将磁流体的磁敏感特性与光学特性相结合在光器件、光传感等领域开展了广泛的研究。磁流体光学电流传感器具有绝缘性能好、电气隔离、体积小和重量轻等优点,成为了电流传感技术的一个发展方向,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本文对磁流体物理特性及影响因素、磁流体光学电流传感器、基于磁流体的光电缆电流传感技术、光电缆电流传感器的温度特性等关键问题进行了深入的理论与实验研究,旨在为磁流体光学电流传感技术的应用提供理论和技术支撑。本文主要工作如下:（1）研究了入射光功率对磁流体光透射特性的影响机理,以及磁流体的折射率可调特性及传感理论。分析了磁流体的光透射特性及影响因素,对比研究了未施加磁场和施加磁场情况下磁流体的透射光功率与入射光功率之间分别呈线性和非线性关系;理论和实验研究了不同入射光功率时透射光功率随磁场强度的变化情况,研究了入射光功率对磁流体光透射特性的影响机理,结果表明当入射光功率较大时,透射光功率在弱磁场区间大幅度地减小,但在强磁场区间趋于饱和,当入射光功率较小时,透射光功率变化幅度较小,但在较大的磁场范围内呈近似线性增大;分析和总结了光透射特性随入射光功率及磁场强度的变化规律,在弱磁场传感时,适当增大入射光功率有利于提高薄膜的传感性能和磁场测量范围,在强磁场传感时,适当减小入射光功率则透射光功率对大范围的磁场呈近似线性响应,为磁流体光学电流传感器、传感系统的设计、参数选择和优化、应用研究提供了重要的理论支撑;理论研究了磁流体的折射率可调特性,分析了基于磁流体折射率可调特性传感器的干涉原理和倏势场能量理论。（2）提出了利用入射光功率提高基于光透射特性的磁流体电流传感器性能的方法,以及利用单模光纤S形和错位结构提高基于折射率可调特性的磁流体电流传感器性能的方法。理论研究了磁流体的磁性纳米颗粒聚集理论和米氏散射理论,分析了施加磁场时磁性纳米颗粒的排列规律;设计、制作了基于光透射特性的磁流体电流传感器并搭建了实验系统,研究了利用双光路法消除光源功率波动的方法,测量了双光路透射光功率比值随磁场强度的变化情况;提出了通过最佳化入射光功率提高基于光透射特性的磁流体电流传感器灵敏度的方法,测量了不同入射光功率时磁流体光学电流传感器的灵敏度随磁场强度的变化情况,结果表明在弱磁场传感时,适当增大入射光功率可提高传感器的灵敏度;在强磁场范围内,适当减小入射光功率可提高传感器的灵敏度及增大磁场测量范围;理论研究了S形和错位结构的传感原理,提出了基于折射率可调特性的单模光纤S形和错位结构的磁流体电流传感器,制作了传感器并搭建了实验系统,测量了传感器特性随磁场强度的变化情况,结果表明传感器的干涉谷波长随磁场强度的增大而线性地向长波长方向移动,传感器的灵敏度为33.14pm/Oe。（3）提出了基于磁流体光学电流传感器的光电缆电流传感方法。分析了光电缆及其传感技术,研究了基于磁流体的光电缆电流传感结构,对光电缆的磁场分布特性及传感器位置的选择进行了理论计算及实验研究;提出了基于磁流体的光电缆电流传感方法,搭建了由光信号和电流发生模块、传感模块、光信号和电流接收模块三部分组成的光电缆电流传感实验系统;测量了基于磁流体光透射特性的光电缆电流传感器特性随光电缆电流的变化情况,结果表明传感器的透射率随光电缆的电流增大而单调减小,且具有较好的线性度,当光电缆电流为0～500 A时,200μm和400μm光电缆电流传感器的灵敏度分别为-0.001004/A和-0.001499/A,测量误差分别为±1.0%和±2.0%;测量了基于磁流体折射率可调特性的单模光纤S形和错位结构光电缆电流传感器的特性随光电缆电流的变化情况,结果表明传感器的干涉谷波长随光电缆电流的增大而向长波长方向移动,且具有较好的线性度,当光电缆电流为0～500 A时,传感器的灵敏度为2.772 pm/A、测量误差为±0.03%。（4）开展了温度对磁流体光学电流传感器影响的研究。理论分析了布朗运动和磁流体的热透镜效应对磁流体光学电流传感器的影响机理;研究了基于光透射特性的磁流体电流传感器的温度特性,测量了传感器的光透射特性随温度的变化情况,设计并搭建了测量光电缆电流传感器温度影响的实验系统,测量了基于磁流体光透射特性的光电缆电流传感器特性随光电缆温度的变化情况;研究了利用双光路方法消除光源功率波动对基于光透射特性的光电缆电流传感器影响的方法,设计并构建了双光路实验系统,测量了双光路透射光功率比值随光电缆电流的变化情况;研究了基于折射率可调特性的单模光纤S形和错位结构的磁流体电流传感器的温度特性,测量了传感器特性随温度的变化情况,传感器的灵敏度为14.3pm/℃;研究了利用基于折射率可调特性的S形和错位结构的光电缆电流传感器实现电流、温度同时测量的方法,实现了对电流和温度的双参量测量以及温度影响的消除。
二、Optical Properties of High Sensitivity Fiber Bragg Grating on Temperature Sensor（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Optical Properties of High Sensitivity Fiber Bragg Grating on Temperature Sensor（论文提纲范文）
（1）光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词 |
| 1.绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感器概述 |
| 1.2.1 基于高双折射光纤环镜的光纤传感器 |
| 1.2.2 光纤光栅传感器 |
| 1.3 游标效应概述 |
| 1.4 光纤光栅波长解调技术 |
| 1.5 虚像相位阵列 |
| 1.6 本论文结构安排 |
| 2.HIBI-FLM及有限反射虚像相位阵列相关理论分析 |
| 2.1 基于干涉效应的HIBI-FLM的理论分析 |
| 2.1.1 HiBi-FLM的传输理论 |
| 2.1.2 基于一段HBF的HiBi-FLM的传输特性 |
| 2.1.3 基于两段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.1.4 包含三段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.2 基于游标效应的光传感器结构理论分析 |
| 2.2.1 游标效应的工作原理 |
| 2.2.2 级联式游标效应 |
| 2.2.3 游标谱谱移的确定方法 |
| 2.2.4 并联式游标效应 |
| 2.3 基于FRVIA的致密阵列宽带锯齿滤波器 |
| 2.4 小结 |
| 3.基于HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1 基于三段HBF的HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1.1 温度和应力双参量传感原理 |
| 3.1.2 温度和应力双参量传感实验 |
| 3.2 基于HIBI-FLM结合FBG的温度和应变双参量传感器 |
| 3.2.1 基于HiBi-FLM结合FBG的温度-应变双参量传感器结构 |
| 3.2.2 温度和应变传感特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.基于游标效应的高灵敏度HIBI-FLM温度传感器 |
| 4.1 基于级联干涉仪的高灵敏度温度传感器 |
| 4.1.1 级联HiBi-FLMs实现测量灵敏度放大的原理 |
| 4.1.2 温度传感特性 |
| 4.2 级联HIBI-FLMS传感器性能的进一步提升 |
| 4.3 分析与讨论 |
| 4.4 本章总结 |
| 5.基于交叉HIBI-FLMS的FBG波长高速解调系统 |
| 5.1 边缘滤波器的波长解调原理 |
| 5.2 解调系统工作原理 |
| 5.3 解调原理及实验 |
| 5.4 讨论 |
| 5.5 小结 |
| 6.基于JAWS滤波器的FBG波长解调系统 |
| 6.1 基于低损致密阵列宽带锯齿滤波器的FBG波长高速解调系统 |
| 6.2 基于FRVIA的JAWS滤波器 |
| 6.3 基于JAWS滤波器的波长解调系统及解调实验 |
| 6.4 对所提出波长解调系统的分析 |
| 6.5 小结 |
| 7.总结与展望 |
| 7.1 本论文工作总结 |
| 7.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）光纤热线式低启动流量传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.1.1 生产测井 |
| 1.1.2 生产测井中的流量检测 |
| 1.2 流量传感器 |
| 1.2.1 传统流量传感器 |
| 1.2.2 新型流量传感器 |
| 1.3 光纤传感技术概述 |
| 1.3.1 光纤传感技术 |
| 1.3.2 光纤传感技术分类 |
| 1.4 光纤流量传感器 |
| 1.4.1 国内外光纤流量传感器 |
| 1.4.2 常见的热式传感器 |
| 1.5 研究内容及论文结构 |
| 第二章 光纤流量传感器机理研究 |
| 2.1 光纤光栅传感机理 |
| 2.1.1 光纤布拉格光栅 |
| 2.1.2 光纤光栅耦合理论 |
| 2.2 热式传感技术 |
| 2.2.1 热式传感原理 |
| 2.2.2 理论计算 |
| 2.2.3 有限元分析法模拟 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 光纤光栅型热式流量传感器 |
| 3.1 光纤热式流量传感器 |
| 3.1.1 传感器原理 |
| 3.1.2 测试平台 |
| 3.2 基于光纤光栅的热式传感器 |
| 3.2.1 传感器设计 |
| 3.2.2 传感器测试 |
| 3.3 增敏性封装 |
| 3.3.1 传感器设计 |
| 3.3.2 测试结果 |
| 3.4 温度补偿 |
| 3.4.1 传感器设计 |
| 3.4.2 测试结果与实验分析 |
| 3.5 传感器应用 |
| 3.5.1 热式流量传感器使用步骤 |
| 3.5.2 第三方测试 |
| 3.5.3 流量测试短节 |
| 3.6 总结 |
| 第四章 基于法布里珀罗干涉级联光纤光栅型热式流量传感器 |
| 4.1 法布里珀罗干涉级联光纤光栅的制作及光谱分析 |
| 4.1.1 传感结构 |
| 4.1.2 理论计算 |
| 4.1.3 光谱分析 |
| 4.2 基于法布里珀罗干涉型光纤光栅的流量传感器 |
| 4.2.1 传感结构制作 |
| 4.2.2 测试结果和数据分析 |
| 4.2.3 传感器性能测试 |
| 4.3 热源改进方案 |
| 4.3.1 掺钴光纤刻栅 |
| 4.3.2 加热方式优化 |
| 4.3.3 测试结果及分析 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 存在的问题及工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
（3）光纤光栅温度应变解调仪研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 光纤光栅及应用研究现状 |
| 1.2.1 光纤光栅研究现状 |
| 1.2.2 光纤光栅工程应用现状研究 |
| 1.2.3 光纤光栅解调仪分析 |
| 1.3 课题主要研究内容及论文安排 |
| 第2章 光纤光栅传感技术研究 |
| 2.1 光纤光栅基本原理 |
| 2.1.1 光纤光栅的光敏性 |
| 2.1.2 光纤光栅的光学特性 |
| 2.1.3 光纤光栅传感模型 |
| 2.1.4 光纤光栅温度传感特性 |
| 2.1.5 光纤光栅应变传感特性 |
| 2.2 光纤光栅解调方案 |
| 2.2.1 光谱仪检测法 |
| 2.2.2 边缘滤波检测法 |
| 2.2.3 匹配光栅检测法 |
| 2.2.4 扫描激光器检测法 |
| 2.2.5 可调谐F-P滤波器检测法 |
| 2.2.6 光纤光栅解调方法对比 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 光纤光栅传感解调系统研究 |
| 3.1 光纤光栅解调系统设计 |
| 3.1.1 光纤光栅解调系统组成 |
| 3.1.2 光纤光栅解调方案设计 |
| 3.1.3 传感解调系统器件分析 |
| 3.2 光电探测器设计 |
| 3.2.1 光电二极管 |
| 3.2.2 供电模块设计 |
| 3.2.3 光电流放大与滤波设计 |
| 3.3 光纤光栅波长解调算法 |
| 3.3.1 系统拟合算法分析 |
| 3.3.2 系统寻峰算法分析 |
| 3.3.3 系统解调算法设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 光纤光栅解调系统上位机软件设计 |
| 4.1 系统参数设置功能设计 |
| 4.1.1 设备检测与设置 |
| 4.1.2 扫描激光器参数设置 |
| 4.1.3 传感器参数设置 |
| 4.2 系统参数显示功能设计 |
| 4.2.1 系统解调波长显示 |
| 4.2.2 解调结果显示 |
| 4.3 历史查询设计 |
| 4.3.1 历史查询设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 解调系统实验测试及结果分析 |
| 5.1 系统测试方案分析 |
| 5.1.1 系统性能指标分析 |
| 5.1.2 系统测试实验装置介绍 |
| 5.2 系统解调性能测试 |
| 5.2.1 系统波长解调精度测试 |
| 5.2.2 系统解调线性与重复性测试 |
| 5.3 基于光纤光栅结构的传感器测试 |
| 5.3.1 位移传感器测试 |
| 5.3.2 土压计传感器测试 |
| 5.3.3 光纤光栅渗压计测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（4）基于高衰减光纤的零点稳定声波传感技术的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光纤声波传感器国内外发展现状 |
| 1.2.1 光纤声波传感器的分类与研究现状 |
| 1.2.2 光纤声波传感器研究难题 |
| 1.3 高衰减光纤及其应用 |
| 1.4 本文的主要内容及创新点 |
| 1.4.1 本文的主要内容 |
| 1.4.2 本文的创新点 |
| 2 法布里-珀罗光纤传感器原理分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤法布里-珀罗干涉仪光学特性分析 |
| 2.3 光纤法布里-珀罗干涉仪典型结构分析 |
| 2.3.1 光纤光栅法布里-珀罗干涉结构 |
| 2.3.2 薄膜型法布里-珀罗干涉仪 |
| 2.3.3 其他典型结构介绍 |
| 2.4 传感原理和解调技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于高衰减光纤的法布里-珀罗干涉型零点稳定声波传感器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 传感器结构原理、仿真及制备 |
| 3.2.1 基于高衰减光纤的FBG-FPI声波传感器结构及传感原理 |
| 3.2.2 基于高衰减光纤的FBG-FPI声波传感器制作方法 |
| 3.3 基于高衰减光纤的FBG-FPI声波传感器特性分析 |
| 3.3.1 折射率和温度特性研究 |
| 3.3.2 声波及零点稳定测试 |
| 3.4 本章小节 |
| 4 基于氧化石墨烯薄膜的零点稳定光纤声波传感器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于氧化石墨烯薄膜的零点稳定光纤声波传感器制作与原理 |
| 4.2.1 传感器结构及原理 |
| 4.2.2 传感器制作技术 |
| 4.3 基于氧化石墨烯薄膜的零点稳定光纤声波传感器特性分析 |
| 4.3.1 温度特性研究 |
| 4.3.2 声波测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 硕士在读期间所取得的科研成果 |
（5）新型耐高温光纤光栅的制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光纤光栅的发展 |
| 1.2 光纤光栅的分类 |
| 1.2.1 按折射率分布分类 |
| 1.2.2 按光纤光栅周期分类 |
| 1.2.3 按光纤材料分类 |
| 1.2.4 按光纤光栅的成栅机制分类 |
| 1.3 光纤光栅的应用 |
| 1.3.1 光纤光栅在通信领域的应用 |
| 1.3.2 光纤光栅在传感领域的应用 |
| 1.4 耐高温光纤光栅的应用和研究现状 |
| 1.4.1 耐高温光纤光栅的应用 |
| 1.4.2 热重生光纤光栅的研究现状 |
| 1.5 本论文的研究思路和工作内容 |
| 第二章 光纤光栅理论和热重生光纤光栅形成机理 |
| 2.1 光纤的光敏性 |
| 2.1.1 光纤光敏性原理 |
| 2.1.2 光纤的增敏技术 |
| 2.2 光纤光栅耦合模理论分析 |
| 2.3 光纤光栅传感理论 |
| 2.4 热重生光纤光栅形成机理 |
| 2.4.1 化学组分光栅 |
| 2.4.2 应力松弛模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 光纤布拉格光栅的刻写系统搭建与制备 |
| 3.1 基于OptiGrating对光纤布拉格光栅的仿真 |
| 3.2 光纤布拉格光栅刻写系统的搭建 |
| 3.2.1 刻写光路设计与优化 |
| 3.2.2 实验所需设备 |
| 3.2.3 光纤光栅光谱监测光路 |
| 3.3 光纤布拉格光栅的制备 |
| 3.3.1 标定光纤曝光处能量 |
| 3.3.2 载氢光纤和光敏光纤的性能评估 |
| 3.3.3 激光器输出能量对FBG光谱性能的影响 |
| 3.3.4 栅区长度对FBG光谱性能的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 热重生光纤光栅的制备与性能研究 |
| 4.1 热重生实验 |
| 4.1.1 高温管式炉 |
| 4.1.2 初始光栅的制备 |
| 4.1.3 热重生过程 |
| 4.1.4 热重生光纤光栅高温传感测试 |
| 4.1.5 热重生温度分析 |
| 4.2 高温退火对热重生光纤光栅应力分布及内部组分的影响 |
| 4.2.1 不同退火温度对RFBG轴向应力的影响 |
| 4.2.2 不同降温速度对RFBG轴向应力的影响 |
| 4.2.3 不同退火环境气氛对RFBG轴向应力的影响 |
| 4.2.4 不同热退火环境气氛RFBG内部组分的变化 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 光纤光栅的封装与解调 |
| 5.1 不锈钢管加高温胶封装热重生光纤光栅 |
| 5.1.1 封装材料的选择 |
| 5.1.2 封装辅助设备的设计与实现 |
| 5.1.3 封装与测试 |
| 5.2 基于阵列波导光栅多通道解调系统 |
| 5.2.1 引言 |
| 5.2.2 解调原理 |
| 5.2.3 分布式传感 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（6）基于偏芯与线性阵列多芯光纤的传感器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 特种光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 干涉型特种光纤传感器研究现状 |
| 1.2.2 基于特种光纤布拉格光纤光栅传感器研究现状 |
| 1.2.3 基于特种光纤长周期光纤光栅传感器研究现状 |
| 1.3 本论文的研究意义和主要研究内容 |
| 第2章 光纤耦合模及超模理论 |
| 2.1 光纤模式耦合和模式干涉理论 |
| 2.1.1 光纤的模式 |
| 2.1.2 光纤对接的模式激发原理 |
| 2.1.3 光纤模式干涉理论 |
| 2.2 光纤光栅耦合模理论 |
| 2.2.1 布拉格光纤光栅耦合模理论 |
| 2.2.2 长周期光纤光栅耦合模理论 |
| 2.3 线性阵列多芯光纤超模理论 |
| 2.3.1 均匀周期线性阵列多芯光纤超模特性 |
| 2.3.2 非均匀周期线性阵列多芯光纤超模特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 偏芯少模光纤双模干涉仪及其传感特性 |
| 3.1 偏芯少模光纤双模干涉仪结构设计 |
| 3.1.1 偏芯少模光纤结构 |
| 3.1.2 偏芯少模光纤模式特性分析 |
| 3.1.3 偏芯少模光纤双模干涉仪结构 |
| 3.2 偏芯少模光纤双模干涉仪的制备 |
| 3.2.1 腐蚀偏芯少模光纤芯模-芯模型双模干涉仪的制备 |
| 3.2.2 未腐蚀偏芯少模光纤芯模-包层模型双模干涉仪的制备 |
| 3.3 偏芯少模光纤双模干涉仪的传感特性研究 |
| 3.3.1 腐蚀偏芯少模光纤芯模-芯模型双模干涉仪的折射率传感特性 |
| 3.3.2 腐蚀偏芯少模光纤芯模-芯模型双模干涉仪的温度特性 |
| 3.3.3 未腐蚀偏芯少模光纤芯模-包层模型双模干涉仪的折射率传感特性 |
| 3.3.4 未腐蚀偏芯少模光纤芯模-包层模型双模干涉仪的温度特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 孔助偏芯光纤的传感器及其特性研究 |
| 4.1 孔助偏芯光纤Mach-Zehnder干涉仪型折射率传感器研究 |
| 4.1.1 孔助偏芯光纤Mach-Zehnder干涉仪设计 |
| 4.1.2 孔助偏芯光纤Mach-Zehnder干涉仪传感特性 |
| 4.2 基于孔助偏芯光纤的弯曲补偿型长周期光栅研究 |
| 4.2.1 弯曲补偿型长周期光栅设计 |
| 4.2.2 弯曲补偿型长周期光栅制备 |
| 4.2.3 弯曲补偿型长周期光栅传感特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 线性阵列多芯光纤传感器件研究 |
| 5.1 线性阵列 5 芯光纤 Mach-Zehnder 干涉仪传感器研究 |
| 5.1.1 线性阵列5 芯光纤Mach-Zehnder干涉仪传感器设计 |
| 5.1.2 线性阵列5 芯光纤Mach-Zehnder干涉仪传感性能研究 |
| 5.2 双周期线性阵列多芯光纤传感应用研究 |
| 5.2.1 双周期线性阵列多芯光纤结构 |
| 5.2.2 双周期线性阵列多芯光纤超模特性分析 |
| 5.2.3 双周期线性阵列多芯光纤基光纤布拉格光栅制备 |
| 5.2.4 双周期线性阵列多芯光纤基光纤布拉格光栅传感性能 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）光纤布拉格光栅高温传感与解调技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外光纤布拉格光栅传感器研究现状 |
| 1.3 国内外解调方法研究现状 |
| 1.4 主要研究内容与结构安排 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 光纤布拉格光栅传感原理及解调方法 |
| 2.1 光纤布拉格光栅传感器结构及测量原理 |
| 2.1.1 光纤布拉格光栅结构及基本原理 |
| 2.1.2 光纤布拉格光栅温度传感原理 |
| 2.1.3 飞秒激光制作光纤布拉格光栅 |
| 2.2 光纤布拉格光栅传感器解调方法研究 |
| 2.2.1 非平衡马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉解调法 |
| 2.2.2 可调谐光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot)滤波法 |
| 2.2.3 光源波长可调谐扫描法 |
| 2.2.4 CCD分光仪法 |
| 2.3 光纤布拉格光栅传感器解调算法研究 |
| 2.3.1 滤波算法 |
| 2.3.2 寻峰算法 |
| 2.4 线阵InGaAs探测阵列扫描解调系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 光纤布拉格光栅温度传感解调系统设计 |
| 3.1 解调系统的光路结构介绍 |
| 3.1.1 宽带光源的选型 |
| 3.1.2 探测单元的选型 |
| 3.1.3 其它光学器件选型 |
| 3.2 解调系统的电路设计介绍 |
| 3.2.1 电源模块电路设计 |
| 3.2.2 FPGA控制模块电路设计 |
| 3.2.3 光谱仪探测模块电路设计 |
| 3.2.4 A/D模块电路设计 |
| 3.3 解调系统的软件设计介绍 |
| 3.3.1 探测单元驱动 |
| 3.3.2 A/D采集驱动 |
| 3.3.3 串口通信 |
| 3.4 本章小节 |
| 4 光纤布拉格光栅温度传感解调系统测试及实验研究 |
| 4.1 硬件电路系统的测试 |
| 4.2 光纤布拉格光栅高温封装以及测试 |
| 4.3 光纤布拉格光栅解调系统算法验证 |
| 4.4 光纤布拉格光栅温度传感系统实验研究 |
| 4.5 本章总结 |
| 5 结论及展望 |
| 5.1 主要工作及结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
（8）少模光纤双参量传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光纤传感技术概述 |
| 1.1.1 光纤传感器分类 |
| 1.1.2 强度调制型光纤传感器 |
| 1.1.3 干涉型光纤传感器 |
| 1.1.4 光纤偏振传感器 |
| 1.1.5 光纤光栅传感器 |
| 1.2 少模光纤概述 |
| 1.3 少模光纤传感器概述 |
| 1.4 交叉敏感与双参量传感技术 |
| 1.5 论文的研究意义及主要研究内容 |
| 第2章 少模光纤传感基本概念与理论 |
| 2.1 少模光纤参数与制造工艺 |
| 2.1.1 少模光纤类型 |
| 2.1.2 少模光纤制造工艺 |
| 2.2 少模光纤模式理论 |
| 2.3 耦合模理论 |
| 2.4 温度、应变传感模型 |
| 2.4.1 少模光纤模间干涉传感模型 |
| 2.4.2 光纤光栅传感模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于S~2成像的少模光纤传感特性研究 |
| 3.1 空间和光谱(S~2)成像技术 |
| 3.2 少模光纤模式偏移激发研究 |
| 3.3 少模光纤扭曲、弯曲传感特性研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 少模光纤布拉格光栅传感特性研究 |
| 4.1 光纤光敏性 |
| 4.1.1 光纤掺杂与光敏性 |
| 4.1.2 高压载氢 |
| 4.1.3 光纤光栅类型 |
| 4.2 光纤布拉格光栅制造技术 |
| 4.2.1 空间光路干涉法 |
| 4.2.2 相位掩模板法 |
| 4.2.3 逐点写入法 |
| 4.3 光纤布拉格光栅传感实验 |
| 4.3.1 实验装置和传感理论 |
| 4.3.2 保偏单模布拉格光栅传感特性 |
| 4.3.3 圆芯少模布拉格光栅传感特性 |
| 4.3.4 保偏少模布拉格光栅传感特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 少模长周期光纤光栅传感特性研究 |
| 5.1 CO_2激光刻写技术 |
| 5.2 少模长周期光纤光栅传感特性理论与仿真分析 |
| 5.2.1 光栅周期拐点与临界波长 |
| 5.2.2 少模长周期光纤光栅传感理论 |
| 5.3 少模长周期光纤光栅传感实验 |
| 5.3.1 少模长周期光纤光栅制造 |
| 5.3.2 少模长周期光纤光栅光谱特性 |
| 5.3.3 少模长周期光纤光栅应变、温度实验 |
| 5.3.4 长周期光栅辅助型SMS结构干涉传感器 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况说明 |
| 致谢 |
（9）新型微结构光纤的设计制备及其传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微结构光纤概述 |
| 1.3 微结构光纤的传感应用 |
| 1.4 本论文研究内容 |
| 2 微结构光纤的仿真计算与制备 |
| 2.1 微结构光纤仿真计算方法 |
| 2.2 微结构光纤的制备技术 |
| 2.3 双折射微结构光纤的设计与制备 |
| 2.4 环形芯空芯光纤的设计与制备 |
| 2.5 包层缺陷型全固微结构光纤的设计与制备 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 微结构光纤传感器的后处理技术研究 |
| 3.1 基于二氧化碳激光的光纤熔接与加工装置 |
| 3.2 基于二氧化碳激光加工的热致长周期光栅 |
| 3.3 微结构光纤的液体填充 |
| 3.4 基于氢氟酸腐蚀的光纤增敏 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 新型双折射微结构光纤的扭转传感特性研究 |
| 4.1 Sagnac光纤干涉仪传感原理 |
| 4.2 混合型双折射微结构光纤扭转传感及温度响应 |
| 4.3 一字型双折射微结构光纤扭转传感及温度响应 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 微结构光纤的后处理对传感特性影响研究 |
| 5.1 液体填充型空芯长周期光栅温度传感 |
| 5.2 热致元素扩散型长周期光栅高温传感 |
| 5.3 包层腐蚀型全固微结构光纤折射率传感 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
（10）磁流体光学电流传感的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究目的与意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 磁流体特性及其影响因素 |
| 1.2.2 磁流体光学磁场传感技术 |
| 1.2.3 光学电流传感技术 |
| 1.2.4 光电缆传感技术 |
| 1.3 本论文的主要内容 |
| 第2章 磁流体的物理特性及影响因素 |
| 2.1 磁流体的物理特性 |
| 2.1.1 磁流体的磁学特性 |
| 2.1.2 磁流体的光学特性 |
| 2.1.3 磁性纳米颗粒的势能分析 |
| 2.2 磁流体光透射特性的研究 |
| 2.2.1 磁流体的光透射过程分析 |
| 2.2.2 磁场对光透射特性的影响机理 |
| 2.3 入射光功率对磁流体光透射特性的影响机理 |
| 2.3.1 实验研究及机理分析 |
| 2.3.2 传感应用分析 |
| 2.4 磁流体折射率可调特性及传感理论分析 |
| 2.4.1 磁流体的折射率可调特性 |
| 2.4.2 基于磁流体折射率可调特性的传感理论分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 磁流体光学电流传感器 |
| 3.1 磁流体光学电流传感的理论分析 |
| 3.1.1 磁性纳米颗粒聚集理论 |
| 3.1.2 米氏散射理论 |
| 3.2 基于光透射特性的磁流体电流传感器 |
| 3.2.1 传感器的设计及制作 |
| 3.2.2 利用双光路消除光源功率波动的方法 |
| 3.2.3 最佳化入射光功率提高传感器灵敏度的方法 |
| 3.3 基于折射率可调特性的磁流体电流传感器 |
| 3.3.1 基于单模光纤S形和错位结构传感器的原理及设计 |
| 3.3.2 基于单模光纤S形和错位结构传感器的特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于磁流体的光电缆电流传感技术 |
| 4.1 光电缆电流传感结构及磁场分布特性 |
| 4.1.1 光电缆及其传感技术 |
| 4.1.2 基于磁流体的光电缆电流传感结构 |
| 4.1.3 光电缆磁场分布特性的仿真与实验分析 |
| 4.2 基于磁流体光透射特性的光电缆电流传感技术 |
| 4.2.1 基于磁流体光透射特性的光电缆电流传感系统 |
| 4.2.2 基于磁流体光透射特性的光电缆电流传感实验及分析 |
| 4.2.3 利用双光路法消除光电缆电流传感系统光源功率波动影响 |
| 4.3 基于磁流体折射率可调特性的光电缆电流传感技术 |
| 4.3.1 基于磁流体折射率可调特性的光电缆电流传感系统 |
| 4.3.2 基于磁流体折射率可调特性的光电缆电流传感实验及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 光电缆电流传感器的温度特性及影响研究 |
| 5.1 磁流体温度特性的理论分析 |
| 5.1.1 布朗运动 |
| 5.1.2 热透镜效应 |
| 5.2 基于光透射特性的传感器温度特性及影响 |
| 5.2.1 基于光透射特性的光电缆电流传感器的温度特性 |
| 5.2.2 温度对基于磁流体光透射特性的光电缆电流传感器的影响 |
| 5.3 基于折射率可调特性的传感器温度特性及传感研究 |
| 5.3.1 基于单模光纤S形和错位结构的传感器温度特性 |
| 5.3.2 基于S形和错位结构传感器的电流和温度同时测量方法 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、Optical Properties of High Sensitivity Fiber Bragg Grating on Temperature Sensor（论文参考文献）
- [1]光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究[D]. 丁志超. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]光纤热线式低启动流量传感技术研究[D]. 张天熙. 西北大学, 2021(12)
- [3]光纤光栅温度应变解调仪研究[D]. 张帅兵. 太原理工大学, 2021(01)
- [4]基于高衰减光纤的零点稳定声波传感技术的研究[D]. 谢柳佳. 浙江大学, 2021(09)
- [5]新型耐高温光纤光栅的制备及性能研究[D]. 刘日照. 南京邮电大学, 2020(03)
- [6]基于偏芯与线性阵列多芯光纤的传感器件研究[D]. 李平. 哈尔滨工程大学, 2021
- [7]光纤布拉格光栅高温传感与解调技术研究[D]. 刘杰. 西安工业大学, 2020(04)
- [8]少模光纤双参量传感特性研究[D]. 王崇禧. 天津大学, 2020(01)
- [9]新型微结构光纤的设计制备及其传感特性研究[D]. 戴彬. 华中科技大学, 2020(01)
- [10]磁流体光学电流传感的理论与实验研究[D]. 张浩. 华北电力大学(北京), 2020(06)