高低溫環(huán)境下光纖傳感的傳感特性及相關技術研究.pdf

1、隨著光纖的出現以及光纖通信技術的不斷進步，光纖傳感器技術也日趨成熟并逐漸實現了技術的普及以及產業(yè)化的形成。光纖傳感器技術是將光纖作為傳感介質，光作為載體從而完成對被測量物的力、變形、位移、溫度等不同參數的測量傳感。作為光學傳感器，光纖傳感器技術在原理、方法、信號處理等方面不同于傳統的電學傳感器，其以獨特的優(yōu)勢，包括抗電磁干擾、本質安全、體積小、質量輕及易于嵌入材料內部等，在傳感領域得到了極大地關注與深入地研究。光纖傳感器技術符合現代傳感

2、器技術的需求，其在航空發(fā)動機、冶金、核聚變反應堆、大型低溫超導磁體等領域都具有極大的研究價值與應用前景，因此得到不斷地推動并且迅速發(fā)展。但是，高溫及低溫的惡劣環(huán)境會對光纖傳感器性能帶來極大的影響，限制了其進一步的應用與發(fā)展。因此，研究高低溫環(huán)境中應用的光纖傳感技術，解決其在高低溫惡劣環(huán)境應用中存在的相關理論與技術問題具有十分重要的意義。
　　 本文針對光纖光柵在高溫環(huán)境中的衰退現象，結合光纖光柵的微觀機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的光纖光柵的高溫衰退特性與規(guī)律，同時研究光纖光柵在液氮環(huán)境中的啁啾現象并分析其產生的原因。通過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)境中的應用提供理論及實驗依據。
　　 為了將光纖光柵溫度傳感器應用于高溫作業(yè)的行業(yè)領域中，針對光纖光柵在高溫環(huán)境中產生衰退的特性，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。針對光

4、纖光柵溫度與應變交叉敏感的問題，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與工藝。從低溫-196℃到高溫700℃的范圍內系統全面地研究分析了金屬錫摻雜光纖刻寫的光纖光柵以及再生光纖光柵的溫度傳感特性，這對于光纖光柵傳感應用具有重要的理論和實際意義。
　　 通過液氮環(huán)境中的拉伸實驗研究了光纖光柵在低溫環(huán)境下的應變傳感特性，證明了其低溫應變測量的可行性。利用光纖光柵體積小、易于嵌入到材料內部等優(yōu)勢將其應用到脈沖強磁場中

5、，測量液氮環(huán)境中脈沖強磁體線圈勵磁過程中應變的變化，這一測量方法對于脈沖強磁體領域的研究具有重要價值。
　　 為了解決光纖光柵高溫條件下機械強度降低無法實現應變測量以及光纖傳感器應變與溫度交叉敏感等問題，開展了復合非本征型光纖法布里珀羅—光纖光柵溫度應變同時測量傳感技術的研究。分析了非本征型光纖法布里珀羅—光纖光柵復合傳感信號的互擾問題。采用超高真空磁控濺射鍍膜及激光焊接等先進技術實現了傳感器的無膠化封裝，克服了膠粘劑老化等問題