一、Bragg光纤光栅构成的合成光源进行位移测量的研究（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》文中研究指明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。
罗政纯[2]（2021）在《基于量子弱测量原理的光纤水听器研究》文中进行了进一步梳理光纤水听器工作原理是,运用光纤传感探头将水下声压信号耦合到光纤上,使光纤长度、折射率、偏振态等物理参数发生变化,加载这些信息的光信号通过光纤传回系统的解调主机,系统对信号进行解调还原成为水下声压信号。光纤水听器以其灵敏度高、动态范围大、探头无源器件化、易于构建阵列等优点,成为新一代水声侦测系统的核心设备。对于低噪舰艇侦测、海洋石油勘探和地震海啸预警的需求,基于压电的光纤水听器无法实现对目标低频或甚低频声压信号的转换,需要重新设计高声压灵敏度的探测器和耦合器,实现对水下低频声压信号和甚低频声压信号的检测。随着光纤水听器的声压灵敏度的提高,就得增加光纤长度或增加机械增敏传导机构,这同时也放大噪声,信噪比得不到提高;量子弱测量可以提高测量精度,同时不放大噪声,把量子弱测量技术运用于光纤水听器可打造新一代超高灵敏度甚低频光纤水听器。1988年,量子弱测量的理论首次被提出。弱值放大（WVA）技术主要是通过前选择和后选择制备成弱值光学结构,然后将水下声压信号耦合到光纤上,使光纤产生微小的相位信号,对这个微小信号进行放大,同时降低水听器系统噪声,最终获得水下声压信号。针对弱值放大（WVA）技术应用于光纤水听器系统中,使光纤水听器能够检测低频水声信号,本论文提出了创新性的研究方案:以弱测量的偏振干涉光学结构;采用保偏光纤代替空间光路;将声压信号耦合到探头管上,通过对弱值信号进行测量实现高精度、低频率的水下声压检测。本论文对基于弱测量原理的光纤水听器进行系统的理论和实验研究。具体主要工作内容和研究成果如下:（1）论述了光纤弱测量的基础理论。通过双折射晶体光学实验来简单介绍弱测量原理;再通过偏振光的态矢量函数和保偏光纤的琼斯矩阵来描述光在通过保偏光纤后的态矢量变化;采用空间弱测量光路结构引入保偏光纤方式,对保偏光纤的弱测量理论分析;为后面章节的理论和实验奠定理论基础。（2）论述基于弱测量原理的光纤相位实验。实验方案的光学部件都采用不动件,利用电光晶体的电可调谐相位来调节光路。实验利用保偏光纤代替空间光路,制备成弱测量的保偏干涉光学结构。通过弱测量结构来测量固定静水压对保偏光纤进行挤压产生微小的相位变化量。实验结果表明:电光晶体的相位变化量最小的调节量为10-5rad;采用很短的保偏光纤（200mm）,后选择角度为0.01rad和0.03rad时,静水压变化量为11Pa,光纤的相位变化量为30×10-5rad,最小可测光纤相位变化量为10-5rad。（3）基于弱测量原理的光纤水听器理论设计。设计中将空间光学部件集成成为光纤器件,把弱测量的光学结构前选择和后选择分别集成成为一个比较小的光纤器件。光纤水听器探头由保偏光纤缠绕到聚碳酸酯（PC）管上,制备成弱值放大（WVA）系统结构。再对光纤水听器系统中的光源提出要求,系统需要的光源为窄线宽、超低强底噪声和相位噪声,因为这个噪声对光纤水听器系统的等效噪声声压值产生影响。同时对也探头的弹性力学分析和有限元分析,最终得到结果为探头的理论相位声压灵敏度为-173.03d B re rad/u Pa和固有频率为47.73Hz。（4）基于弱测量原理的光纤水听器系统的实验研究。基于一般光纤水听器的参数定义和测量,对基于弱测量原理的光纤水听器的声压线性度、相位声压灵敏度、等效噪声声压的定义和测量方法进行论述。通过自制的低频水声系统装置,将基于弱测量原理的光纤水听器和标准B&K水听器进行对比测量实验。此次实验中,通过信号发生器产生0.1Hz-200Hz的水声声压信号,最终实验结果显示:（a）频率范围为0.1Hz-50Hz时,声压线性度≤10%;（b）声压相位灵敏度在频率范围为0.1Hz-50Hz时,平均值为-173d B re rad/u Pa,平坦度为0.5d B re rad/u Pa,与之前的理论计算相同;（c）光纤水听器在10Hz时,等效噪声声压为1.3×10-6Pa/Hz1/2;（d）光纤水听器可以在低频0.1Hz可测量出明显的时域信号。
石彤[3]（2021）在《快速可调谐激光光源的多点采样光纤光栅解调》文中指出传感技术是指从自然信源的信号中提取所需的信息,进行识别、分析、处理的一种信息科学技术。传感系统通常由信号源,敏感元件,信号接收器和信号处理单元组成。其中,敏感元件采用光纤布拉格光栅（FBG）,传感信号为光信号的传感系统被称为FBG传感系统。FBG由于具有体积小精度高、耐高温耐腐蚀、无源性抗电磁干扰、传输距离远、便于复用和分布式应用等优点,在传感领域有着广泛的应用。可调谐激光光源光纤光栅解调技术是FBG传感系统信号解调技术的一种。本文基于调制光栅Y分支（MG-Y）可调谐激光光源设计了一种快速可调谐激光光源多点采样光纤光栅解调技术方案。主要内容包括:分析了MG-Y激光器的光源特性和技术参数,分析了光纤布拉格光栅的传感原理,通过改进基于MG-Y激光器的法布里珀罗（F-P）传感系统,构建了可调谐激光光源FBG传感系统;对模式耦合理论、FBG双波长解调算法、FBG Buneman频率估计解调算法,进行了理论分析和应用分析;提出了一种快速可调谐激光光源光多点采样光纤光栅解调算法,并利用Labview软件编写了相关的模拟振动程序,模拟解调程序、振动实验解调程序和加速度实验解调程序;基于使用光谱仪解调的Buneman频率估计解调算法,编写了一种适用于可调谐激光器解调法的解调程序作为解调结果的对比;分析了快速可调谐激光光源FBG解调,数据采集延时影响解调精度的问题和采样值跳变影响解调结果的问题,并针对这两种问题提出了一种补偿算法消除这些负面影响;提出了一种振动传感方案,一种加速度传感方案和其配套的标定方案,通过实验进行了验证;最后通过仿真和实验证实了该解调算法的理论分析结果,对两种算法进行了对比,并对本文提出的这种算法的未来发展进行了展望。通过改进算法,本文实现了快速可调谐激光光源FBG传感系统的较大范围、稳定、高速、高精度、自适应的多点采样解调。模块化和子程序化的设计使得补偿算法和整个解调程序具备进一步拓展功能的可能和良好的发展前景。单独运行解调模块的解调速度峰值能达到40k Hz以上,延时补偿后中心波长误差控制在1pm以内,具备自适应选取采样值计算的功能,能够完成中心波长偏移范围1nm的解调,并具备更大范围解调改进的空间,同时解决了采样值延时和突变带来的中心波长畸形和跳变的问题。
张北[4]（2021）在《基于倾斜光纤光栅的微波光子传感技术研究》文中提出微波光子学是结合了微波射频领域与光学领域的交叉学科。随着微波光子学的发展,研究人员尝试着将微波光子学应用于传感领域,称之为微波光子传感,其基本原理是将传感信息通过光信号形式转换成微波信号,通过对微波信号的测量实现传感的目的。微波光子传感能够提高识别速度和精度,更稳定、更易控制,具有良好的可重复测量特性。本文首先介绍了微波光子滤波器的基础理论,通过倾斜光纤光栅的模式耦合理论,分析了倾斜光纤光栅的传输特性,提出了利用倾斜光纤光栅的包层模式可以对宽带光源进行谱分割的设想,利用倾斜光纤光栅作为谱分割单元构成了多光源微波光子滤波器,其品质因数较高。通过改变链路中总的光纤长度来改变链路中的总色散值,研究了总色散值对该结构微波光子滤波器频率响应曲线的影响,并通过该方法实现了微波光子滤波器的调谐。在此基础上,由于倾斜光纤光栅包层模式对外界环境变化比较敏感,在外界环境变化的影响下会产生偏移,进而使微波光子滤波器频率响应曲线的中心频率产生偏移,利用倾斜光纤光栅同时作为谱分割单元和传感单元,通过对频率响应曲线中心频率的测量就可以实现传感的目的。使用matlab软件对温度传感与轴向应变传感进行了理论仿真,仿真结果良好,证实了利用该系统进行微波光子传感的可能性。进一步的在30℃-90℃范围内完成了温度传感实验,所得传感结果表现良好,且灵敏度为1.2083 MHz/℃。通过螺旋测微仪控制悬臂梁自由端位移施加轴向应变,在自由端位移为0.4 mm-4.0 mm的范围内进行实验,记录了在旋紧与还原两种情况的实验数据,灵敏度分别为18.93k Hz/με和23.18 k Hz/με。实现了对温度以及轴向应变的传感。
宋小亚[5]（2021）在《基于七芯光纤的干涉型传感器研究》文中研究说明随着社会的不断发展和科学技术的进步,传感器技术在各行各业发挥着越来越重要的作用。传统的电传感器目前已经发展的非常成熟,且已得到广泛应用。但传统的电传感器在实际应用中存在很多弊端,例如无法在一些导电、腐蚀、易燃易爆等危险的环境中测量。光纤传感器是利用光纤作为敏感元件的传感器。由于灵敏度高,抗电磁干扰、结构简单、制作方便等优点,光纤传感器受到了学者的广泛研究。其中,多芯光纤是一种新型特种光纤,利用多芯光纤制作的传感器不仅制作工艺简单而且能满足高灵敏度要求。本论文基于七芯光纤设计和制作了几种新型的马赫曾德尔型光纤传感器结构,并通过实验探究了传感器的温度、应变和折射率传感特性,本文的主要内容如下:1.首先论述了基于多芯光纤的传感器的研究背景与意义,介绍了多芯光纤、光纤光栅和马赫曾德尔型光纤传感器的研究现状。理论分析了光纤中的模式干涉理论,并详细阐述了温度、应变和折射率传感机理。并介绍了几种典型的干涉型传感器及其原理。2.设计并制作了一种凸锥结构型马赫-曾德尔传感器。该传感器将一段30 mm的弱耦合型七芯光纤熔接在输入单模光纤和输出单模光纤之间,通过改变熔接机的熔接参数在七芯光纤两端熔接点处形成两个凸锥结构分别作为光分束器和耦合器。实验结果表明该传感器1548 nm和1567 nm处温度灵敏度分别为60.59 pm/?C和100.46 pm/?C。应变灵敏度为0 pm/με。该传感器制作简单、成本低廉,有良好的应用前景。3.提出并制作了一种氢氧火焰熔融拉锥型光纤传感器。通过氢氧火焰熔融拉锥技术将七芯光纤拉锥,七芯光纤锥形部分腰区直径由原来包层的150μm减小为46.99μm。经过锥化加工后,七芯光纤的纤芯之间的距离减小,纤芯间的串扰增加,纤芯中传输的模式间耦合效率增强。该传感器对折射率和温度有良好的线性响应。温度特性测试实验结果显示1539 nm和1597 nm波长附近的谐振峰波长对温度的灵敏度分别为69.09 pm/?C和77.49 pm/?C,线性度分别为99.64%和99.82%。折射率响应特性实验结果显示在1557nm、1571 nm和1593 nm处波谷的折射率灵敏度分别为271.99 pm/RIU、260.56 pm/RIU和236.31 pm/RIU,线性度分别为99.64%、99.51%和99.56%。4.实现了一种基于七芯光纤的温度和应变双参量测量传感器。该传感器将马赫-曾德尔干涉仪与光纤光栅级联,马赫-曾德尔干涉仪是在输入和输出单模光纤之间熔接一段七芯光纤构成的,通过调整熔接机放电参数在七芯光纤两端形成两个凸锥结构。中心波长为1547.98 nm的光纤光栅被级联在一个光纤凸锥的末端。实验结果表明,基于七芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪只对温度敏感,温度响应灵敏度为93.11 pm/℃;而光纤光栅对温度和应变都敏感,温度和应变响应灵敏度分别为11.46 pm/℃和0.627 pm/μ?。利用双波长矩阵法可实现温度和应变的同时测量。当光谱分析仪的分辨率为0.02 nm,传感器对应的温度分辨率和应变分辨率分别为0.21℃和27.95μ?。为验证系数矩阵的可行性,同时改变温度和应变并追踪波长的漂移量。利用矩阵公式计算出温度和应变变化分别为9.22℃和1029.54με。而温度和应变的实际变化量为9℃和1000με。该矩阵的误差为2.4%～3.0%。5.提出了一种无芯+七芯+无芯型马赫-曾德尔干涉仪级联光纤光栅型传感器,该传感器解决了温度和应变交叉敏感问题。将一段长为55mm的七芯光纤两端的熔接3mm的无芯光纤,无芯光纤分别作为光束的分束器和耦合器。传感器中MZI的温度灵敏度和应变灵敏度分别为74.1 pm/℃和0 pm/με。FBG的温度灵敏度和应变灵敏度分别为9.83pm/℃和0.625 pm/με。该传感器实现了温度和应变双参量同时测量。
周锐[6]（2021）在《基于多芯光纤光栅的井中地震波三维矢量检波技术研究》文中研究指明油气勘探方法对油气藏的探明和开发至关重要。国内传统的井中地震检波仪器,主要是进口的线圈型和MEMS型电磁类检波器,存在着易受电磁场干扰、在高温高压和强腐蚀的井下环境使用受限等问题,而且核心技术受制于人,维护高价低效,因此亟需研究高灵敏、多维度、耐高温高压的检波新技术和密集化阵列分布的复用新技术。光纤传感技术作为“无源”新技术,是未来油气勘探开发的重要研究方向,在多分量和三维地震方面己取得了较大的突破和发展,替代了部分电磁类检波方法,但还存在着诸多亟待解决的问题。其中,光纤检波器在对尺寸有苛刻要求的狭窄空间探测中,存在着器件结构复杂、尺寸较大、多维探测能力和组网复用能力不足等瓶颈问题。为解决井中地震勘探光纤三维矢量检波器的微型一体化和多维度精准探测等关键科学技术问题,本论文开展了基于多芯光纤光栅的三维矢量检波技术研究,利用飞秒激光刻写多芯光纤光栅,贯通地震波理论和光纤检波机理,研制光纤三维矢量检波器。该技术研究对井中地震勘探光纤检波器缩小结构尺寸、提高检测精度、拓宽应用范围,具有重要的研究意义和实用价值。论文主要内容包括:1.分析了光纤三维矢量检波器的研究背景和意义,研究了井中地震勘探技术、光纤地震检波技术和多芯光纤（Multi-core Fiber,MCF）的发展现状;结合光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）的传感理论,研究了利用飞秒激光刻写FBG的机理和方法,并针对多芯光纤的结构特征,优化了飞秒激光写栅方法。2.研究了多芯光纤三维矢量检波机理,包括论述了三维矢量检波的原理及方法;研究了多芯光纤的弯曲特性,并制作了基于干涉结构和基于多芯光纤FBG两种弯曲传感器加以验证;最终建立了多芯光纤弯曲与振动加速度之间的关系,为多芯光纤FBG实现三维矢量检波提供了理论依据。3.研制了基于多芯光纤的三维矢量振动加速度检波器,包括设计和优化检波器的结构,研究并改进检波器的封装工艺,实现了在20 Hz-200 Hz的低频振动信号作用下,圆柱坐标系ρΦ平面加速度检测灵敏度达355 pm/g,振动方位角最小识别误差为0.269°,Z轴方向检测灵敏度为195 pm/g的三维矢量振动加速度的检测。4.研究了多芯光纤三维矢量检波器的应用系统化,包括研制了基于顺变柱体的多芯光纤检波器,初步实现检波器的级联复用;研究了井中地震检波器的应用场景,并设计了完整的井中地震波勘探多芯光纤检测系统,该系统包含地面光源和信号解调系统,以及井中检波器阵列。
冯谦[7]（2021）在《多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用》文中研究说明传感光纤凭借其灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功率损失小、耐高温、耐腐蚀等诸多优势,在土木建筑、航空航天、交通工程、海上平台、燃料能源等领域得到了广泛应用。然而,光纤类传感器在实际工程中感测时普遍存在一个问题,即光纤传感同时对多个外部参量（应变、温度、振动等）交叉敏感,直接导致被测量无法直接测得或者采集数据失真。另一方面,不同光纤感测技术各自拥有独立的采集系统,各系统采样频率、触发时间等的不同步造成数据采集无法实时同步,给后期数据处理带来困难。本文在国内外研究的基础上,将多芯光纤从通信领域引入到土木传感监测领域,研究了七芯光纤的多参量同步感知性能,梳理了七芯光纤封装方式并分析了其应变转递机制。为面向工程应用,设计研发了多种智能产品及一体化同步解调系统。此外,提出了基于相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）的振动定量识别算法,实现了分布式振动定量监测。最后通过三个具有工程背景的实验验证了七芯光纤多参量同步感知系统的有效性。本文的主要研究内容和成果如下:（1）提出了七芯光纤纤芯功能布局方法并通过交叉试验验证了七芯光纤具有多参量同步感知功能。依据纤芯数量需求、芯间低串扰、配套耦合器成熟度等原则,选取沟道型七芯传感光纤作为本文研究对象。基于提高工程测量精度的原则,提出了纤芯功能布局方法,消除了温度-应变交叉敏感效应,弯曲-应变敏感效应,针对不同工程应用场景给出了相应的纤芯功能布局图。设计实施了七芯光纤的感知性能试验,包括:七芯光纤单参量单独感知试验和多参量同步感知试验,前者标定了七芯光纤光栅（FBG）和布里渊光时域反射仪（BOTDR）的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数,测得了拉曼光时域反射仪（ROTDR）的温度常数系数,得出了偏振敏感光纤振动传感技术（POFVS）的测振范围;在此基础上,后者验证了七芯光纤各纤芯既可单独解调、发挥功能,又可互相补充、互相修正、协同工作的功能,为后续研究奠定了基础。（2）实现了七芯裸纤的封装保护,并通过理论分析和有限元分析探究了封装光缆的应变传递机制。结合国内外单芯裸纤封装方式,提出了七芯裸纤的两条封装保护路线,一是封装成传感光缆,二是复合成系列智能产品。值得说明的是,第一条封装路线中Hytrel材料紧套封装传感光缆对刻制光栅的七芯裸纤同样适用,实现了一条光纤上点式传感与分布式传感同步发挥作用。此外,通过理论分析和有限元仿真探究了七芯传感光缆的应变传递机制,结果显示,传感光缆应变传递具有端距效应,低传递率段小于200 mm。第二条封装路线是将七芯光纤植入结构补强材料中,研制出兼具力学和感知性能的智能碳布、智能碳板、智能玻纤筋和智能钢绞线,性能试验显示智能产品的力学性能满足标准要求,传感光纤与基材之间的协调变形能力良好。（3）研发了适用于多芯光纤多参量同步采集的一体化解调装置。针对目前各类光纤传感技术所采用的解调设备各自独立且又无法同步采集的劣势,研制出一种轻量便携、高度集成的多芯光纤多参量同步解调装置,集成了包括FBG、ROTDR和POFVS三种常用功能的光纤感测模块,可直接解调输出点式应变、环境温度和振动频率等感测参量。（4）提出了一种基于多参数优化算法的振动定量识别方法。为进一步拓展七芯光纤的多功能性,同时为周界安防工程应用实验做铺垫。本文改进了多子群社会群体算法并引入到鉴幅型φ-OTDR多参数优化算法中,基于此提出了一种新的振动扰动定量识别方法,计算出的最大应变能、时均应变、变异系数三个宏观导出量及其矢量合成量均可实现扰动定量识别。在理论研究的基础上,通过室内PZT振动试验和室外岩土扰动试验,验证了本方法可以量化不同程度的振动扰动事件。从而弥补了鉴幅型φ-OTDR光纤传感技术只能定位而无法定量的不足。（5）验证了七芯传感光纤及多参量同步采集装置的有效性和实用性。设计并实施吊车钢梁、长输管道、周界安防三个面向实际工程的应用型试验,根据试验对象特点,有针对性地进行七芯光纤功能布局优化设计,选取了不同的感测参数、不同的光纤传感方案。结果显示,在钢结构梁和管道试验中,采用FBG、ROTDR和POFVS组合的七芯光纤监测方案实现了应变、温度和振动频率的同步测量;在周界安防监测工程应用中,采用φ-OTDR、FBG和ROTDR组合的七芯光纤监测方案实现了扰动位置、扰动程度、应变、温度和持时等监测参量的同步解调,有效提高了系统的识别成功率和信息利用率。
张良鑫[8]（2021）在《双曲线型柔性铰链结构FBG位移传感器研究》文中研究指明边坡变形是边坡破坏的一个重要特征,常引发滑动或崩塌破坏,给人民生命财产带来巨大损失。为了能够揭示边坡变形程度和边坡破坏的内部机制以及潜在的变形趋势,达到避免或减轻地质灾害的目的,需对边坡的位移进行安全监测。随着边坡监测技术发展对位移传感器自身的要求也越来越高,传统的位移传感器在抗雷击干扰和实时可靠性等方面存在不足,且传输距离受到限制。近年来作为新型传感技术的光纤布拉格光栅传感技术不断发展,基于该技术制造的温度、应力、位移等传感器因具有抗电磁干扰、易于复用和组网、远程监测等优势取得了良好的工程应用效果。提供可靠稳定的传感器是边坡安全监测的根本,本文使用有限元分析优化方法,设计了一种基于双曲线型柔性铰链结构光纤布拉格光栅位移传感器。本文主要研究工作如下:1.分析现有的光纤光栅位移传感器,针对悬臂梁作为传感结构时带来的机械摩擦、运动灵敏度低的问题,基于三角放大原理设计了一种双曲线型柔性铰链结构。通过给定切口长度与切割厚度的比值,对四种对称柔性铰链结构进行有限元数值分析,得出切割厚度和拉伸刚度及旋转刚度的影响关系,进一步计算出刚度比和结构参数的变化关系,结果表明双曲线柔性铰链与其他铰链结构相比更易产生轴向线位移,进而能产生较大的放大增益和更高的灵敏度,所以选择双曲线型柔性铰链结构来进行位移传感器的设计。2.优化双曲线型柔性铰链结构尺寸参数,设计光纤光栅位移传感器。通过改变切口长度与切割厚度比值的大小计算出双曲线型柔性铰链结构的输出位移和最大应力,根据放大性能和许用安全应力约束等条件合理选取双曲线型柔性铰链结构的几何尺寸,将确定尺寸的结构进行有限元分析,计算放大增益结果与有限元仿真分析的结果误差率为6.7%,基于结构参数与刚度比所设计的双曲线型柔性铰链结构及优化是可行且正确的。结合边坡位移监测环境的特殊性,进一步设计并完善传感器的其他部件,研制了传感器原型。3.搭建传感器测试平台,对传感器开展全面性能测试。选用光敏胶和两点式安装方法安装光纤布拉格光栅元件以保证光纤光栅解调的稳定性,为了验证位移传感器在实际位移测量中的灵敏度性能,首先,对传感器进行了温度补偿测试实验,消除了温度对测量结构的影响,进一步搭建了光纤光栅位移传感器位移测试平台,平台包括了AQ-6370D光谱仪、宽带光源和数据采集卡。对位移传感器开展位移性能测试,实验测试数据分析结果表明:传感器在0～50mm的量程中,其灵敏度为24.45pm/mm,线性度为0.53%,具备良好的微位移测量能力;重复性误差和迟滞误差分别为1.1%和0.659%,满足边坡安全监测对位移变形测量的精度和长期稳定性要求。
赵士元[9]（2021）在《基于宽带瑞利光谱探测的光纤应变测量关键技术研究》文中进行了进一步梳理应变测量是结构健康监测、实验力学以及精密测量领域重要的研究内容之一,结构本身力学特性的差异以及复杂的载荷分布使得结构的应变场存在应变变化范围大、空间分布不均匀的特点,这些特征对应变测量方法的测量量程、空间分辨力以及测量精度等指标提出了更高的要求。光纤类应变传感器通过将光纤粘贴在被测结构表面可以实现对结构应变场的测量,其中,基于光频域反射原理的分布式光纤应变测量方法在空间分辨力上具有远高于其他光纤类传感器的优势,近年来受到学者的关注。然而该方法中还存在如测量模型不完善、探测方法存在局限性以及空间测量特性不一致等问题,这些问题严重制约了测量系统测量量程等性能的提高。针对现有基于光频域反射原理的分布式应变测量方法中存在的问题和不足,本文开展了基于宽带瑞利散射光谱探测的分布式光纤应变测量方法的理论研究与实验验证,本文主要内容如下:针对现有测量中缺少完整测量模型导致应变测量量程的提升缺乏理论指导的问题,建立了一种基于瑞利散射光谱相位分析的分布式光纤应变测量理论模型。定量描述了光频域反射系统中各参量与瑞利散射光谱不同相位分量间的数学关系,建立了入射信号光波段和瑞利探测光谱与应变间的映射模型,确定了光频域反射系统中两类应变检测方式,通过对空间相邻采样点间相位差施加约束确定了应变测量量程与光谱探测带宽间的线性对应关系。该模型完善了现有基于光频域反射原理的分布式测量理论,为实现0.01ε级应变测量量程的分布式光纤应变测量提供了理论基础。针对现有信号光调制技术调谐范围低导致光纤瑞利散射光谱探测带宽受限的问题,提出了一种基于多波段光谱精准拼接的光纤瑞利散射光谱探测带宽拓展方法。证明了特征光纤局部瑞利散射光谱特征对光频判定作用的唯一性,通过选取特征光纤并提取其局部瑞利光谱,并根据光频判定作用确定测量光纤相邻波段瑞利光谱的拼接位置,实现了光纤瑞利散射光谱的高精度拼接。该方法无需借助任何外部波长标定设备即可完成相邻波段拼接位置的高精度获取,有效拓展了光纤瑞利散射光谱的探测带宽。利用分布反馈式激光器阵列构建了多波段扫频干涉测量系统,实验结果表明通过该方法可以实现35.013 nm的宽带瑞利散射光谱探测,波段之间拼接误差小于2 pm。针对现有应变解算方法存在的测量特性在空间上的一致性难以保证的问题,分析了传统应变解算方法的局限性,提出了一种基于瑞利散射光谱相关性评价函数最优解计算的分布式光纤应变解算方法。该方法构造了一个具有单峰的瑞利散射光谱相关性评价函数,将应变解算问题转化为计算瑞利光谱相关性评价函数最大值在探测带宽约束内对应的最优解,主导空间测量特性差异的光纤空间错位在最大值处被消除,保证了空间测量特性的一致性。在上述研究基础上,搭建了基于多波段扫频干涉的分布式光纤应变测量系统,通过标准光纤拉伸装置对测量系统的测量性能进行实验验证。实验结果表明,在7 m测量长度内应变的空间分辨力为8 mm,测量量程为0.01ε,扩展不确定度优于15με。对集中受力下的复合材料板以及变形下的柔性板上布设的光纤进行了分布式应变测量,结果证明了所提出的分布式光纤应变测量方法在非均匀应变场测量上的可行性。
苏启轩[10]（2021）在《基于特种光纤光栅的新型振动传感器研究》文中进行了进一步梳理振动信号检测在结构健康监测、地震波检测、油气管道监测等领域都有着重要应用,大型土木工程在使用过程中不可避免地会因环境负荷,疲劳影响等因素使结构体出现不同程度和类型的损坏,这些设施的大多数异常和损坏故障都会引起结构体振动,对振动信号的检测可以保证结构体的稳定。在地震勘探领域中通过人工制造震源并通过传感器获取振动信息,可以分析地壳的结构和介质变化,这对油气勘探、地下水探测和土木建设都有着重大的意义。在管道运输方面,石油天然气等能源主要通过油气管道进行运输,打孔盗油或油料泄露均会在管道产生振动信号,对输油管道的实时监测则可以有效避免此类事件的发生。相比电类振动传感器,光纤布拉格光栅振动加速度传感器具有体积小、耐高温、抗电磁干扰、重量轻、耐腐蚀、复用能力强等诸多优点,因此具有广阔的应用前景。光纤光栅振动传感器的小型化和方向识别性一直是研究的热点,在地震勘探的一些特殊应用场景中,只有足够小尺寸的传感器才能达到预期的测量效果。在结构健康监测中,小尺寸的传感器也更易实现嵌入式传感。地震波是矢量,在地震波检测中需要把地震波各个方向的分量都检测到才能获得精确的地层信息;在结构健康监测中也需要获得振动信号的方向。目前在光纤光栅振动加速度传感器的小型化研究中,光纤内微结构光纤振动传感器悬芯长度不可控,限制了其应用。具有方向识别性的多芯光纤光栅振动传感器大多使用悬臂结构,难以进行复用。针对这两个实际问题,本论文分别设计和制作了两种基于特种光纤光栅的振动加速度传感器。一、制作了一种基于腐蚀柚子型光子晶体光纤的光纤内独立长悬芯微纳光栅振动传感器,研究了光子晶体光纤内悬浮纤芯可控刻蚀制备工艺,实现了悬芯长度可控制备,最后对传感器进行了振动测试,分析了其幅频特性。二、设计并制作了一种基于多芯光纤光栅的光纤振动传感器,研究了其静态特性和其对振动信号的动态响应特性,实验结果表明该结构对振动信号响应具有方向依赖性,并且测得其横向力作用下灵敏度是轴向力作用下的10.8倍。本论文提出的光纤内长悬芯微纳光纤振动传感器,悬芯制备长度可控,拓宽了此类结构的应用范围,可实现更宽频带的振动信号测量,其整体结构仅一根光纤大小,可应用于狭小空间的振动检测。提出的基于横向力的多芯光纤振动加速度传感器灵敏度较高,具有方向识别性,可应用于二维的振动测量中。
二、Bragg光纤光栅构成的合成光源进行位移测量的研究（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、Bragg光纤光栅构成的合成光源进行位移测量的研究（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）基于量子弱测量原理的光纤水听器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 光纤水听器研究现状 |
| 1.2.1 光强度型 |
| 1.2.2 干涉型 |
| 1.2.3 光纤光栅型 |
| 1.3 量子弱测量技术 |
| 1.3.1 量子弱测量技术简介 |
| 1.3.2 基于量子弱测量原理的光相位测量 |
| 1.4 论文框架与研究内容 |
| 1.4.1 论文框架 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 基于量子弱测量原理的光纤理论模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 量子弱测量理论模型 |
| 2.2.1 量子弱测量 |
| 2.2.2 量子弱测量的三部分 |
| 2.2.3 实弱测量放大原理 |
| 2.2.4 虚弱测量放大原理 |
| 2.3 光在保偏光纤中的态矢量模型 |
| 2.3.1 光子的态矢量函数 |
| 2.3.2 线偏振光的态矢量函数 |
| 2.3.3 椭圆偏振光的态矢量函数 |
| 2.3.4 偏振光的琼斯矩阵的态矢量函数 |
| 2.3.5 偏振光经过保偏光纤的态矢量函数 |
| 2.4 基于量子弱测量原理的光纤相位测量理论模型 |
| 2.4.1 基于弱值放大的空间光路相位测量理论分析 |
| 2.4.2 保偏光纤在弱测量光路中的理论分析 |
| 2.4.3 光相位噪声理论分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于量子弱测量原理的光纤相位测量技术研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于量子弱测量原理的光纤相位测量技术 |
| 3.3 基于量子弱测量原理的光纤相位测量实验 |
| 3.3.1 电光晶体的光相位测量实验 |
| 3.3.2 前后选择的光纤耦合实验 |
| 3.3.3 保偏光纤静水压相位变化量分析 |
| 3.3.4 弱测量实验分析 |
| 3.3.5 弱测量的保偏光路噪声分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于量子弱测量原理光纤水听器系统设计与实现 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光纤水听器系统设计 |
| 4.3 光纤水听器系统探头设计 |
| 4.3.1 前后选择光纤器件集成设计 |
| 4.3.2 保偏光纤长度及相位值设计 |
| 4.3.3 光纤水听器探头的灵敏度估算 |
| 4.3.4 光纤水听器探头有限元分析 |
| 4.4 光纤水听器系统的相位解调技术 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于量子弱测量原理的光纤水听器系统实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光纤水听器主要性能及测试方法 |
| 5.2.1 声压灵敏度 |
| 5.2.2 等效噪声声压 |
| 5.2.3 声压线性度 |
| 5.3 光纤水听器实验方案及测试 |
| 5.3.1 光纤水听器实验低频装置 |
| 5.3.2 光纤水听器探头制备 |
| 5.3.3 光纤水听器实验方案说明 |
| 5.4 光纤水听器实验测试及讨论 |
| 5.4.1 光纤水听器声压线性度测试结果及讨论 |
| 5.4.2 光纤水听器声压灵敏度测试结果及讨论 |
| 5.4.3 光纤水听器等效噪声声压测试结果及讨论 |
| 5.4.4 光纤水听器测试小结 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究工作 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 进一步研究建议 |
| 参考文献 |
| 作者简介及攻读博士期间科研成果 |
| 致谢 |
（3）快速可调谐激光光源的多点采样光纤光栅解调（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和目的 |
| 1.2 光纤光栅传感 |
| 1.2.1 光纤光栅传感技术 |
| 1.2.2 光纤光栅解调技术 |
| 1.3 光纤光栅解调技术国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.3.1 光纤光栅解调技术国内外研究现状 |
| 1.3.2 可调谐激光器光纤光栅解调发展趋势 |
| 1.4 本课题的研究意义 |
| 1.5 主要研究内容和创新点 |
| 2 多点采样FBG解调技术理论基础 |
| 2.1 可调谐激光器光纤光栅解调技术原理 |
| 2.2 光纤光栅傅里叶模式耦合理论 |
| 2.2.1 模式耦合理论 |
| 2.2.2 利用耦合模方程求解光纤光栅反射谱 |
| 2.2.3 基于耦合模理论的传输矩阵法 |
| 2.3 光纤光栅双波长解调算法 |
| 2.3.1 双波长解调原理 |
| 2.3.2 基于双波长的多点解调算法 |
| 2.4 基于Buneman频率估计的FBG解调算法 |
| 2.4.1 Buneman频率估计式 |
| 2.4.2 基于Buneman的 FBG解调算法及其改进 |
| 2.5 可调谐激光器解调系统存在的问题 |
| 2.5.1 时延问题及其可能存在的影响 |
| 2.5.2 采样值跳变问题及其能存在的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 快速可调谐激光光源多点采样光纤光栅解调算法设计 |
| 3.1 解调程序开发流程和思路 |
| 3.1.1 解调软件开发工具 |
| 3.1.2 解调软件设计思路 |
| 3.2 多点采样光纤光栅解调算法设计 |
| 3.2.1 算法总体框架 |
| 3.2.2 数据采集 |
| 3.2.3 核心算法 |
| 3.2.4 前面板设计 |
| 3.3 可调谐激光器解调技术问题的解决方案 |
| 3.3.1 延时问题解决 |
| 3.3.2 突变问题解决 |
| 3.4 对解调算法进一步改进的展望 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 仿真系统集成与结果分析 |
| 4.1 仿真系统主要模块设计思路 |
| 4.1.1 光纤光栅反射谱模拟程序模块 |
| 4.1.2 对振动和数据采集相互关系的模拟 |
| 4.1.3 中心波长及其误差的存储显示对比 |
| 4.2 仿真系统集成 |
| 4.2.1 系统集成 |
| 4.2.2 解调速率 |
| 4.3 仿真结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 实验系统搭建与结果分析 |
| 5.1 可调谐激光器解调实验系统构成 |
| 5.1.1 硬件系统 |
| 5.1.2 软件系统 |
| 5.2 振动信号校正测量实验 |
| 5.2.1 振动实验传感器搭建 |
| 5.2.2 实验结果与分析 |
| 5.3 加速度测量实验 |
| 5.3.1 加速度实验传感器搭建 |
| 5.3.2 实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）基于倾斜光纤光栅的微波光子传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 微波光子学发展的技术背景及技术基础 |
| 1.1.1 激光及光放大技术 |
| 1.1.2 光调制技术 |
| 1.1.3 光检测技术 |
| 1.2 微波光子学的主要研究方向 |
| 1.2.1 微波毫米波的光学产生方法 |
| 1.2.2 微波毫米波信号的处理 |
| 1.2.3 系统应用 |
| 1.3 微波光子传感技术及研究现状 |
| 1.3.1 基于光纤光栅的微波光子传感 |
| 1.3.2 非光纤光栅的微波光子传感技术 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 微波光子滤波器的基础理论 |
| 2.1 微波光子滤波器的原理及性能参数 |
| 2.1.1 微波光子滤波器的原理分析 |
| 2.1.2 微波光子滤波器的性能参数 |
| 2.2 不同抽头系数的微波光子滤波器 |
| 2.2.1 无限脉冲响应微波光子滤波器(IIR-MPF) |
| 2.2.2 有限脉冲响应微波光子滤波器(FIR-MPF) |
| 2.3 不同光源类型的微波光子滤波器 |
| 2.3.1 单光源微波光子滤波器(SSMPF) |
| 2.3.2 多光源微波光子滤波器(MSMPF) |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于TFBG的微波光子传感模型 |
| 3.1 TFBG模式耦合理论 |
| 3.1.1 FBG中纤芯模的耦合 |
| 3.1.2 TFBG中纤芯模的耦合 |
| 3.1.3 TFBG中纤芯模与辐射模的耦合 |
| 3.1.4 TFBG中纤芯模与包层模的耦合 |
| 3.2 基于TFBG结构的滤波器基本理论 |
| 3.3 基于TFBG结构的滤波器理论研究 |
| 3.3.1 实验链路 |
| 3.3.2 仿真研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于TFBG的微波光子传感研究 |
| 4.1 温度传感研究 |
| 4.1.1 温度传感实验链路 |
| 4.1.2 实验仪器选择与性能介绍 |
| 4.1.3 温度传感理论仿真研究 |
| 4.1.4 实验测量 |
| 4.2 应变传感研究 |
| 4.2.1 应变传感实验链路与实验仪器介绍 |
| 4.2.2 轴向应变传感仿真 |
| 4.2.3 轴向应变传感实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）基于七芯光纤的干涉型传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究的背景与意义 |
| 1.2 多芯光纤研究现状 |
| 1.3 光纤光栅研究现状 |
| 1.4 马赫-曾德尔型光纤传感器研究现状 |
| 1.5 论文的主要研究内容 |
| 第二章 干涉型传感器工作原理 |
| 2.1 光纤中的模式 |
| 2.2 光纤模式干涉原理 |
| 2.2.1 光纤中模式的干涉 |
| 2.2.2 温度传感原理 |
| 2.2.3 应变传感原理 |
| 2.2.4 折射率传感原理 |
| 2.3 典型的干涉型传感器 |
| 2.3.1 马赫-曾德尔干涉仪 |
| 2.3.2 迈克尔逊干涉仪 |
| 2.3.3 萨格纳克干涉仪 |
| 2.3.4 法布里-珀罗干涉仪 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于七芯光纤的MZ型光纤传感器 |
| 3.1 一种凸锥+七芯+凸锥型传感器 |
| 3.1.1 传感器的制作与原理 |
| 3.1.2 实验结果与分析 |
| 3.2 一种熔融拉锥结构的MZ传感器 |
| 3.2.1 传感器的制作与原理 |
| 3.2.2 实验结果与分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 MZI级联FBG的双参量测量传感器 |
| 4.1 一种凸锥结构型MZI与光纤光栅级联型传感器 |
| 4.1.1 传感器的制作与原理 |
| 4.1.2 实验结果与分析 |
| 4.2 一种无芯+七芯+无芯型MZI与光纤光栅级联型传感器 |
| 4.2.1 传感器的制作与原理 |
| 4.2.2 实验结果与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
（6）基于多芯光纤光栅的井中地震波三维矢量检波技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 井中地震勘探技术概述 |
| 1.2.1 地震勘探方法简介 |
| 1.2.2 井中地震勘探方法 |
| 1.2.3 地震勘探技术发展趋势 |
| 1.3 光纤检波技术国内外研究现状 |
| 1.3.1 光纤分布式声波探测技术 |
| 1.3.2 光纤干涉型检波技术 |
| 1.3.3 光纤激光器型检波技术 |
| 1.3.4 光纤光栅型检波技术 |
| 1.4 多芯光纤的发展及应用 |
| 1.4.1 多芯光纤概述 |
| 1.4.2 多芯光纤在通信系统中的发展和应用 |
| 1.4.3 多芯光纤在传感技术中的发展和应用 |
| 1.5 论文研究内容和创新点 |
| 1.6 论文结构 |
| 第二章 多芯光纤光栅理论及制备技术研究 |
| 2.1 FBG基础理论及特性 |
| 2.1.1 耦合模理论 |
| 2.1.2 传感特性 |
| 2.2 FBG的制备机理及方法 |
| 2.2.1 FBG制备机理 |
| 2.2.2 FBG刻写方法 |
| 2.3 多芯光纤FBG制备 |
| 2.3.1 多芯光纤FBG制备系统 |
| 2.3.2 多芯光纤FBG写制 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多芯光纤三维矢量检波机理研究 |
| 3.1 三维矢量检波理论 |
| 3.1.1 三维矢量检波原理 |
| 3.1.2 光纤加速度检波理论 |
| 3.1.3 光纤三维检波的常用方法 |
| 3.2 多芯光纤弯曲传感特性研究 |
| 3.2.1 弯曲引起的折射率变化和位移关系 |
| 3.2.2 基于干涉结构的多芯光纤弯曲特性研究 |
| 3.2.3 基于多芯光纤FBG的弯曲特性研究 |
| 3.3 多芯光纤三维矢量振动检测原理 |
| 3.3.1 三维矢量振动作用分析 |
| 3.3.2 振动方向识别原理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 多芯光纤三维矢量检波器研制 |
| 4.1 检波器的设计制作 |
| 4.1.1 检波器结构设计 |
| 4.1.2 多芯光纤FBG的制备 |
| 4.1.3 检波器装配封装 |
| 4.2 三维振动加速度检测实验 |
| 4.2.1 振动响应测试 |
| 4.2.2 Z方向振动测试分析 |
| 4.2.3 圆柱坐标平面振动测试分析 |
| 4.3 三维矢量检测性能分析 |
| 4.3.1 方位角重构 |
| 4.3.2 检波器性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 多芯光纤三维矢量检波器系统化研究 |
| 5.1 多级复用方案研究 |
| 5.1.1 可复用检波器的结构设计 |
| 5.1.2 可复用检波器的制作 |
| 5.1.3 实验结果及分析 |
| 5.2 井中地震多芯光纤检波系统研究 |
| 5.2.1 井中地震检波器应用场景 |
| 5.2.2井中地震勘探检波系统 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.1.1 完成的工作 |
| 6.1.2 特色和创新点 |
| 6.1.3 存在的问题 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 作者简介 |
（7）多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 土木工程健康监测的迫切需求 |
| 1.1.2 光纤传感技术的应用与发展 |
| 1.1.3 现有光纤传感技术面临的问题 |
| 1.2 多芯光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 多芯光纤简介 |
| 1.2.2 多芯传感光纤研究现状 |
| 1.2.3 多芯传感光纤面临的问题 |
| 1.3 研究思路 |
| 1.4 研究内容及章节安排 |
| 1.5 研究主线 |
| 第二章 七芯光纤功能设计与多参量同步感知性能 |
| 2.1 光纤传感原理 |
| 2.1.1 点式光纤传感原理 |
| 2.1.2 分布式光纤传感原理 |
| 2.2 七芯传感光纤选型与纤芯功能优化设计 |
| 2.2.1 面向工程的多芯光纤传感功能 |
| 2.2.2 多芯光纤选型与七芯光纤优势 |
| 2.2.3 七芯光纤纤芯功能布局原则与优化设计 |
| 2.3 七芯光纤单参量独立感知性能测试与系数标定 |
| 2.3.1 应变单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.2 温度单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.3 振动单参量感知性能测试与标定 |
| 2.4 七芯光纤多参量同步感知性能测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 七芯传感光纤封装及其应变传递机制 |
| 3.1 七芯传感光纤制备、封装与工程铺设 |
| 3.1.1 七芯传感光纤制备技术 |
| 3.1.2 七芯传感光纤封装方法 |
| 3.1.3 七芯传感光缆铺设与走线方式 |
| 3.2 七芯传感光纤/缆的应变传递机制 |
| 3.2.1 应变传递理论模型 |
| 3.2.2 应变传递有限元分析 |
| 3.2.3 封装材料特性对应变传递机制的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 七芯传感光纤复合制品与多参量一体化同步解调仪 |
| 4.1 七芯传感光纤复合制品及其性能测试 |
| 4.1.1 智能碳板复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.2 智能碳纤维布编织工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.3 智能玻纤筋复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.4 智能钢绞线复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.2 多芯传感光纤多参量一体化同步解调仪 |
| 4.2.1 研制背景及其功能定位 |
| 4.2.2 硬件系统优化设计 |
| 4.2.3 数据预处理及可视化界面 |
| 4.2.4 关键指标测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于多参数优化算法的振动定量识别方法 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 Φ-OTD光纤散射模型多参数优化算法 |
| 5.2.1 φ-OTDR光纤散射模型 |
| 5.2.2 改进的多子群社会群体算法 |
| 5.2.3 光强-应变非单一映射关系及其分析策略 |
| 5.2.4 振动定量识别方法及其宏观指标 |
| 5.3 室内PZT振动定量试验 |
| 5.3.1 系统配置 |
| 5.3.2 结果分析 |
| 5.3.3 误差分析 |
| 5.4 室外岩土扰动定位及定量试验 |
| 5.4.1 试验方案 |
| 5.4.2 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 七芯传感光纤多参量一体化同步感知系统应用 |
| 6.1 针对钢梁的多参量同步感知系统应用 |
| 6.1.1 钢梁的挠曲变形及温度感知 |
| 6.1.2 钢梁的整体振动感知 |
| 6.1.3 结论 |
| 6.2 针对油气管道的多参量同步感知系统应用 |
| 6.2.1 管道模型的变形及温度感知 |
| 6.2.2 管道模型的振动感知 |
| 6.2.3 结论 |
| 6.3 某周界安防工程的多参量同步感知系统应用 |
| 6.3.1 工程概况 |
| 6.3.2 技术方案 |
| 6.3.3 扰动定位指标 |
| 6.3.4 多工况、多参量监测结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间发表的文章 |
| 攻读博士期间主持的科研项目 |
| 攻读博士期间获授权的专利 |
（8）双曲线型柔性铰链结构FBG位移传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 位移传感检测技术研究现状 |
| 1.3 FBG位移传感器 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 FBG位移传感器理论基础 |
| 2.1 光纤光栅传感技术 |
| 2.2 光纤光栅常用解调方法 |
| 2.3 光纤光栅位移传感原理 |
| 2.4 光纤光栅位移传感系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 双曲线型柔性铰链结构FBG位移传感器设计 |
| 3.1 位移传感器设计目标 |
| 3.2 双曲线型柔性铰链结构放大原理 |
| 3.3 双曲线型柔性铰链结构设计 |
| 3.4 传感器零部件设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 FBG位移传感器总装和性能测试 |
| 4.1 位移传感器总装 |
| 4.2 传感器测试平台介绍 |
| 4.3 传感器温度补偿特性测试 |
| 4.4 传感器位移性能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）基于宽带瑞利光谱探测的光纤应变测量关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 应变测量技术研究现状 |
| 1.2.1 应变片电测法 |
| 1.2.2 数字图像相关方法 |
| 1.2.3 光纤应变测量 |
| 1.3 光纤应变测量技术研究现状 |
| 1.3.1 准分布式光纤应变测量技术 |
| 1.3.2 分布式光纤应变测量技术 |
| 1.4 基于OFDR原理的分布式光纤应变测量技术研究现状 |
| 1.4.1 OFDR应变测量方法概述 |
| 1.4.2 激光波长调制技术 |
| 1.4.3 分布式应变解算方法 |
| 1.5 本领域存在的科学问题和关键技术问题 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 基于瑞利散射光谱相位分析的分布式光纤应变测量模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于瑞利散射光谱相位分析的分布式光纤应变测量模型 |
| 2.2.1 光纤应变测量模型 |
| 2.2.2 模型参数分析 |
| 2.3 基于多波段扫频干涉的分布式光纤应变测量系统 |
| 2.3.1 多波段扫频干涉结构 |
| 2.3.2 拼接误差影响分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于多波段光谱精准拼接的瑞利散射光谱探测带宽拓展方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于局部瑞利散射光谱特征的光谱拼接方法 |
| 3.2.1 特定光纤段的光频判定作用 |
| 3.2.2 多波段光谱精准拼接方法 |
| 3.2.3 系统各参量相互作用分析 |
| 3.3 基于DFB激光器内调制的多波段信号光实现原理 |
| 3.3.1 波长调谐机理分析 |
| 3.3.2 稳态特性分析 |
| 3.3.3 瞬态特性分析 |
| 3.3.4 总热阻分析 |
| 3.3.5 多波段信号光构建 |
| 3.4 瑞利散射光谱探测带宽拓展方法实验验证 |
| 3.4.1 多波段扫频干涉系统搭建 |
| 3.4.2 DFB激光器电流–波长调谐模型验证 |
| 3.4.3 多波段测量信号拼接方法验证 |
| 3.4.4 多波段扫频信号光非线性校正 |
| 3.4.5 瑞利散射光谱探测范围验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于光谱相关评价函数最优解计算的分布式应变解算方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 第二类应变检测方式及其解算方法局限性分析 |
| 4.3 基于相关性评价函数最优解计算的分布式应变解算方法 |
| 4.4 应变解算方法实验验证 |
| 4.4.1 分布式应变解算方法验证 |
| 4.4.2 分布式应变求解的并行化计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 实验结果与分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 标准光纤拉伸应变测量 |
| 5.2.1 分布式光纤应变测量系统性能实验 |
| 5.2.2 应变测量结果的不确定度分析 |
| 5.2.3 与现有同类方法指标的对比 |
| 5.3 典型结构件分布式应变场测量 |
| 5.3.1 复合材料应变场测量 |
| 5.3.2 柔性板结构应变场测量 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（10）基于特种光纤光栅的新型振动传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光纤传感概述 |
| 1.3 光纤振动加速度传感技术的发展 |
| 1.4 光纤布拉格光栅振动加速度传感技术的国内外研究现状 |
| 1.5 论文研究意义与主要研究内容 |
| 第二章 光纤布拉格光栅传感理论及传感器工作原理 |
| 2.1 光纤光栅刻写技术 |
| 2.2 光纤布拉格光栅结构与传感原理 |
| 2.2.1 光纤布拉格光栅结构 |
| 2.2.2 应变传感原理 |
| 2.3 微纳光纤光栅传感理论 |
| 2.4 振动传感器力学模型 |
| 2.5 传感器工作原理 |
| 2.5.1 横向放大机制 |
| 2.5.2 多芯光纤光栅振动方向检测理论 |
| 2.5.3 长悬芯力学模型 |
| 2.6 光纤布拉格光栅解调技术 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 光纤内集成的微纳光纤布拉格光栅振动传感器 |
| 3.1 传感器结构设计与工作原理 |
| 3.2 传感器制作工艺 |
| 3.2.1 预刻蚀步骤 |
| 3.2.2 刻蚀优化过程 |
| 3.3 振动测试及结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 横向力放大多芯光纤FBG振动传感器 |
| 4.1 传感器结构设计与工作原理 |
| 4.2 传感器静态特性测试分析 |
| 4.3 传感器振动测试实验与动态特性分析 |
| 4.3.1 实验系统搭建 |
| 4.3.2 振动测试及结果分析 |
| 4.3.3 方向性响应分析 |
| 4.3.4 轴向力响应与横向力响应分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
四、Bragg光纤光栅构成的合成光源进行位移测量的研究（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]基于量子弱测量原理的光纤水听器研究[D]. 罗政纯. 吉林大学, 2021(01)
- [3]快速可调谐激光光源的多点采样光纤光栅解调[D]. 石彤. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]基于倾斜光纤光栅的微波光子传感技术研究[D]. 张北. 大连理工大学, 2021(01)
- [5]基于七芯光纤的干涉型传感器研究[D]. 宋小亚. 西安石油大学, 2021
- [6]基于多芯光纤光栅的井中地震波三维矢量检波技术研究[D]. 周锐. 西北大学, 2021
- [7]多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用[D]. 冯谦. 中国地震局工程力学研究所, 2021(02)
- [8]双曲线型柔性铰链结构FBG位移传感器研究[D]. 张良鑫. 防灾科技学院, 2021(01)
- [9]基于宽带瑞利光谱探测的光纤应变测量关键技术研究[D]. 赵士元. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [10]基于特种光纤光栅的新型振动传感器研究[D]. 苏启轩. 西北大学, 2021(12)