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光纤应变传感器于20世纪70年代初就已经出现,但是其兴起却是在最近十几年之间。目前,相关的报道经常见诸纸端,然而多数还处于实验室研究中。随着科学技术的飞速发展,电子与通讯产品向高精度、小型化发展,对传感器提出了更高的要求。本文即针对此种现状,对光纤传感作深入分析研究,并提出了一种全新的光纤应变传感系统,利用此系统进行了测量应变的大小和定出应变的位置的一系列实验,取得满意的结果,在传感科学与技术方面取得较大进展。
本文分为两个部分,按照从基础到应用的顺序,分别包含作者两方面的工作,即光纤应变传感基本器件的计算机模拟和光纤应变传感理论实验研究。
前一部分,作者着重于光纤应变传感的基础器件模拟研究。作者对光纤应变传感实验中所用到光纤和光耦合器件的基本原理进行分析,通过对耦合模的理论方程进行分析、编程计算,用计算机计算模拟出其输出特性曲线。经过多次计算,得出了一系列实验曲线并对其进行分析,最后指出光纤耦合器件在光路的作用。
后一部分,作者在前一部分的基础上发展开来,对光纤应变传感进行理论分析和实验研究。作者通过自己的公式推导分析了光纤应变传感调制基本原理——光弹性效应,以及光信号解调的基本原理——光干涉,并指出可以用于语音的传输。作者设计并提出了一种新型的光纤传感系统,介绍了系统的搭建工作(实验准备),分析了系统的性能并利用此系统进行测量和能拓展实验。该系统是在全光纤干涉系统的基础上设计出的一种新型光纤传感系统,采用一只3×3光纤耦合器和反馈环路构造干涉光路,首次使用单芯光纤作为传感器,结构简单。我们通过这个系统进行了应变的测量和定位实验,而通过实验我们发现,其尚具有灵敏度高的优点,且精度也高(最佳达到0.8‰),有着乐观的应用前景。最后,总结了全文的工作,并指出作者对撰写此文所作的工作。
本文的工作为在实际应用中进行长距离监测提供了理论和实验基础。