【摘 要】
:
随着科技的快速发展,5G时代万物互联人工智能的来临,物联网感知技术得到大力提倡,光纤传感技术愈发得到重视。自光纤光栅问世几十年来制备方法越来越多,对于光纤布拉格光栅而言其制备方法就有:双光束干涉法,相位掩模板法,飞秒激光逐点/逐线法等,应用光纤布拉格光栅作为敏感器件的传感器也越来越广泛。本文提出了在特种光纤上制备光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating;FBG),并将其作为检测外界环
论文部分内容阅读
随着科技的快速发展,5G时代万物互联人工智能的来临,物联网感知技术得到大力提倡,光纤传感技术愈发得到重视。自光纤光栅问世几十年来制备方法越来越多,对于光纤布拉格光栅而言其制备方法就有:双光束干涉法,相位掩模板法,飞秒激光逐点/逐线法等,应用光纤布拉格光栅作为敏感器件的传感器也越来越广泛。本文提出了在特种光纤上制备光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating;FBG),并将其作为检测外界环境横向压力的传感器,对其制备技术,解调方法、横向压力传感特性及温度压力交叉敏感特性做了深入的研究,主要研究工作内容如下:1.理论研究了双折射光纤布拉格光栅测量横向压力的传感原理。从光纤布拉格光栅的耦合模式理论出发,对光纤光栅的弹光系数进行了推导,得知光纤布拉格光栅的双折射原理,并且分析光纤布拉格光栅的横向压力理论,从而得知在外界横向压力作用下FBG的光谱特性以及双折射的变化规律。2.利用紫外激光相位掩模板制备了边孔光纤布拉格光栅。首先,基于所选用的边孔光纤的结构参数,基于Comsol仿真获得边孔光纤的基本性质,发现其少模传输的特性;接着,摸索了边孔光纤与普通单模光纤的熔接参数;然后,利用紫外激光相位掩模法制备了边孔光纤布拉格光栅,主要包括:光纤载氢增敏,显微标定光纤方向,搭建边孔光纤光栅的制备系统,并利用这套系统制备了边孔光纤光栅。3.从理论和实验上研究了边孔光纤光栅的横向压力传感特性。首先,设计并且搭建横向压力传感测试系统,主要包括:压力计,一对升降平台,电动旋转夹具;接着,利用偏振分析系统进行偏振相关的传输光谱解调,这套偏振分析系统主要包括:可调谐激光器,偏振分析仪N7786B以及与其配套使用的光功率计;针对边孔光纤光栅进行了横向压力负载下的有限元仿真分析;然后,实验研究了边孔光纤光栅的横向压力传感特性,发现当外界横向压力施加在边孔光纤上时,边孔光纤光栅对应的两个模式TE,TM光谱发生变化,并且发现边孔光纤光栅对外界压力的响应具有明显方向性,压力沿着边孔光纤慢轴方向施加的时候响应最大,当压力施加到35N时引入的双折射为5.48*10-4,当压力沿着边孔光纤快轴方向施加的时候响应最小,当压力施加到35N时引入的双折射为2.49*10-4。边孔光纤光栅的双折射横向压力灵敏度的最大值为SB=0.1366/N,最小值为SB=0.0497/N,高于普通单模光纤光栅的双折射横向压力灵敏度SB=0.0374/N。边孔光纤两个空气孔在受到外界横向压力时应力会更集中到纤芯,从而产生更大的双折射。4.实验研究了边孔光纤光栅的温度压力交叉敏感特性。使用上述偏振分析系统结合温度炉对边孔光纤光栅进行了温度测试,使用双折射测试法进行解调,得到边孔光纤光栅对外界温度的双折射灵敏度为SB=1.29*10-8/℃,这就排除了边孔光纤布拉格光栅压力传感器在测试外界压力的时候温度引入的串扰。
其他文献
随着科技发展的需要,人们对传感器应用方面的要求越来越高,高灵敏、低成本、易制造的传感器成为研究者努力克服的壁垒。其中石墨烯与氮化镓作为热门的传感器组成元器件与其他具有优异光学性能的材料组成异质结被应用在传感器中,使传感器拥有优异的性能。石墨烯自被发现以来一直都是很热门的材料,但是由于带隙为零带来本征石墨暗电流较大这方面的不足,导致光电响应响应度一直停留在毫安级别。针对以上背景,本研究提出一种石墨烯
随着机器人在工业制造、检测、物流等领域的自动化应用需求发展,越来越多的应用系统依赖于三维信息。传统基于二维视觉的引导系统难以实现三维空间上的高精度识别和定位,其发展遇到了瓶颈。本文围绕三维视觉引导系统开展研究,特别针对工业零件的自动拾取和放置任务,开展了单目条纹结构光三维测量系统和基于四轴机械臂抓取系统的开发研究工作,希望拓展条纹结构光三维测量系统在工业自动化中的应用。本文主要工作如下:第一,阐述
随着现代仿生机器人的研究深入,两栖仿生机器人因其强大的环境适应性备受关注。生物海蟹作为一种浅滩两栖生物,既可以水陆爬行,也可以水中游动,具备优越的两栖运动能力。本文工作在国家自然科学基金资助下开展,以海蟹为仿生对象,在实现两栖运动的前提下,融合水下滑翔功能,研制一台两栖仿生机械蟹样机。目前工作内容包括总体结构设计、水下滑翔系统研究、水下游动仿真以及样机实验。论文具体开展了以下研究工作:首先基于生物
偏振成像在材料识别、军事侦察和医学诊断等领域有着重要的应用价值,而拥有实时成像优势的分焦平面偏振成像是目前使用最广泛的偏振成像方式,但是由于自身的偏振阵列结构特点,分焦平面偏振传感器存在着固有的空间分辨率损失问题。为了解决这一问题,研究者们已经提出了一系列的超分辨重建方法,大致上可以分为基于插值的方法和基于机器学习的方法,基于插值的方法需要手工设计插值规则,且对于图像质量的提升存在难以跨越的瓶颈;
数字全息显微术是一种通过光的干涉记录物体波前并通过数值计算的方法在计算机中再现物体波前的定量相位测量技术,因其无需接触样品、重建速度快、测量精度高等优点,被广泛应用于细胞观测、表面形貌测量以及流体分析等领域。在数字全息显微术中,由“离轴光路结构”和“显微物镜”引入的相位畸变是影响其相位测量精度的重要因素,因而,“如何进行相位畸变补偿”也成为了数字全息显微术研究领域的一个重要而持久的话题。本文首先回
光纤气压传感器由于结构紧凑、制作简单、灵敏度高、抗电磁干扰等优点,被广泛的应用于环境监测和工业领域。而随着光子晶体光纤的发展,基于光子晶体光纤的传感器由于其有效模场面积大、单模传输范围宽、高双折射效应等诸多优良特性,逐渐的成为人们的研究热点。本文提出并制备了三种基于光子晶体光纤的气压传感器,测试了这些器件的气压传感特性,并对其温度和应力等串扰也进行了实验分析。本论文的主要内容如下:1、研究了几种常
通信网络的快速发展加速了物联网技术的应用进程,如今,智能家居、无人驾驶、智慧城市等正在逐步融入人们的日常生活,为人们带来更多的便利。物联网作为新兴产物,体系结构更复杂、没有统一标准,各方面的安全问题更加突出。其关键实现技术是传感网络。在传感器暴露的自然环境下,如何长期维持网络的完整性成为了传感技术发展的新方向。光纤传感器因具有抗电磁干扰、耐绝缘、耐腐蚀、体积小质量轻、可接入网络进行远程监测等优异性
表面等离子体共振(Surface plamon resonance,SPR)是光与表面等离子体相互作用时发生的一种共振现象。SPR对介质周围的环境变化异常敏感,基于SPR的光学传感器由于其高灵敏度、免标记、实时、快速、在线检测等优点,已被广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。然而提高SPR传感器的灵敏度和检测精度一直以来都是该领域研究的热点。近十多年以来,一些先进二维材料如石墨烯、过渡金属
基于微多普勒雷达的人类活动识别可用于许多领域,例如睡眠监测,老人护理,人机交互和反恐监测等等。但是现有的分类算法从雷达数据的表示方式、特征提取和分类识别分析仍然存在许多不足。到目前为止,几乎所有的分类算法对基于雷达的动作进行识别都先对原始数据进行短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT),原始的雷达数据就表示为频谱图。然后用手工的方式或者用神经网络对频谱图
光声成像作为一种新型的生物医学成像技术在近几十年迅速发展,相比较纯光学与声学成像,光声成像技术在成像深度和对比度方面展现出更大的优势。但是,大多数光声显微系统采用压电超声换能器进行光声信号检测,受压电材料固有物理属性的限制,这类探测器的探测带宽有限,通常在几十兆赫兹左右,无法准确响应短脉冲光声信号。这导致了成像系统纵向分辨率较低(通常大于20μm),难以准确定位吸光物质的深度位置。而且,在光学分辨