一、温度应变同时测量的光纤光栅系统的研究（论文文献综述）
宋小亚[1]（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。
张帅兵[2]（2021）在《光纤光栅温度应变解调仪研究》文中提出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。
田琴[3]（2020）在《光纤高温应变双参量同时精确测量传感器关键技术研究》文中指出实时监测高速飞行器蒙皮关键部位的温度和应变是掌握飞行器飞行过程中的热应力变化状况的重要技术手段,可为飞行器结构的在役安全性、可靠性和耐久性提供技术保障。光纤传感器凭借其高的响应灵敏度、小巧的自身体积、良好的抗电磁干扰能力、耐高温、耐腐蚀、可同时实现多点和多参量测量等特点,在高温环境中的热结构健康检测方面展现出巨大的应用潜力。但是,光纤高温应变传感技术在实际应用中仍然存在技术问题。本论文以高速飞行器蒙皮表面的高温应变检测为研究背景,围绕提高光纤传感器的热稳定性,实现高温环境中的温度应变双参量精确测量和实现高灵敏度应变检测展开研究。在提高光纤传感结构的热稳定性的基础上,设计光纤高温应变双参量同时精确测量传感器,采用温度补偿方式进行解调,实现了高温环境中的温度和应变的同时精确测量,在一定程度上改进了高温环境中温度和应变的解调方式,提高了解调系统的精确性。研究内容如下:（1）设计并制作了一种双光纤热再生光栅级联结构的光纤高温应变传感器,在高温环境中对其热稳定性、温度和应变响应特性进行实验研究,并对其实验结果进行讨论分析。在该结构基础上,结合套管封装技术,设计并研制了两种双光纤热再生光栅级联结构与附加套管相结合的光纤高温应变传感器,采用温度补偿方式进行解调,实现在高温环境中的温度应变双参量精确测量。（2）采用高温热处理方式,扩大光纤法布里-珀罗干涉结构的温度线性响应范围,提高其热稳定性。设计并制作出一种基于光纤法布里-珀罗干涉结构和光纤热再生光栅级联的光纤高温应变传感器,采用温度补偿方式进行解调,实现在高温环境中的温度-应变双参量精确测量。在此基础上,利用游标效应,设计并制作出一种新的高应变灵敏度的光纤高温应变传感器,实现高灵敏度的应变检测。（4）提出一种基于碳化硅复合材料的光纤高温应变传感器的封装结构,对上述光纤高温应变传感器进行封装研究。本文基于上述研究内容,为高速飞行器蒙皮健康监测领域亟需的传感器技术提供新思路。
王崇禧[4]（2020）在《少模光纤双参量传感特性研究》文中认为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。
何宇栋[5]（2020）在《光纤高温应变传感器及应变传递规律研究》文中提出在如航空发动机叶片的温度应变监测等一些特定环境中,温度和应变的变化幅度很大,相互之间的交叉敏感会导致测量结果出现误差,光纤F-P型干涉结构和光纤布拉格光栅（FBG）已经广泛应用于光纤通信和光纤传感领域,基于这两种结构设计的双参量传感器是一种能够实现对温度和应变两个参量进行监测的方式。目前常见应用于应变检测的场合主要有是土木桥梁工程、航空航天等领域,光纤传感器的应变监测其中心思想是将外界基体的形变有效的传递到光纤上。在应变从基体向光纤传递的过程中,光纤传感器所测的应变都会小于基体结构的真实应变。要使得传感器的测量值尽可能的与基体结构的真实应变值相等,就要详细探究基体结构和光纤传感器两者之间的传递机理,得出准确的应变传递系数,从而修正测量结果。本论文工作主要分为高温环境下应变的实时监测和三层埋入式光纤结构应变传递分析两大部分。具体内容如下:设计了一种基于F-P级联FBG结构的光纤高温应变传感器。通过利用飞秒激光刻写的光栅进行退火处理的方式得到热重生光栅,级联单模-空芯-单模的F-P干涉结构的方式制作出温度应变双参量传感器。实现了20℃至1000℃高温环境下0-1000με应变的同时测量。得到传感器应变和温度的均方根误差分别为0.441με和1.037℃,灵敏度特性矩阵的条件数为9.55。所设计的传感器具有很好的应变重复性。提出了一种采用玻璃毛细管结合高温胶的粘贴方式对传感器进行封装。设计优化的结构从根本上解决了温度和应变参量对F-P干涉结构和热重生光栅交叉敏感的问题,对温度和应变实现了精确的区分测量,并提高了传感器的应变灵敏度。实验结果表明所设计的传感器可以应用于20℃至1000℃温度环境下0-450με应变的同时测量。建立了埋入式三层光纤结构应变传递模型,推导出埋入式三层结构的应变传递系数;分析了基体结构与高温胶和光纤之间的应变传递关系;研究了高温胶和基体的物理属性对平均应变传递率所产生的影响,采用有限元分析的方法进行了应变传递模拟仿真。
苏丹[6]（2020）在《新型高精度光纤光栅应变传感技术研究》文中提出石油天然气是人类现代文明发展中不可或缺的资源,在油气勘探开发过程中,应变的监测（包含了油气井的井斜和方位测量、生产测井中高温应变监测及高精度压力检测等）可以有效地保障油气田正常的勘探开发作业、提高采收率、提升储量替代率等。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）应变监测技术相较于传统电类应变监测技术,具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温高压、易于组网复用等优势,克服了电类传感器存在的诸多限制和难题,赢得了大量关注和研究,具有广阔的市场应用潜力。另外,由于国内石油勘探开发工程也正面临着如高成本、油田高含水、高采出、非常规油田高占比等诸多严峻问题和考验,对新技术的需求已迫在眉睫,因此研究基于新型FBG的应变传感技术具有重大意义。本论文利用飞秒激光结合相位掩模板技术在特种光纤中写制新型FBG,针对应变测量中的高精度、方向性识别和多参量测量等科学技术和工程应用问题,重点研制了两种基于少模光纤的新型FBG弯曲（位移）传感器;一种基于熔接点集成双FBG的高温应变传感器;制作了一种膜片式FBG压力传感器,并进行了标准计量测试。论文主要内容如下:1.综述了光纤应变传感技术及新型FBG矢量应变传感器国内外研究现状,结合FBG的基本理论,阐述了利用飞秒激光写制FBG的技术和方法。介绍了实验室利用飞秒激光刻写新型FBG的实验研究平台及实验方案。2.提出并优化了少模FBG飞秒激光结合相位掩模板写制新方法（对芯写制和离轴写制）用于高效激发耦合模LP01-11,研究了基于少模FBG传感器的耦合特性和弯曲作用机理,设计制作了两种基于少模FBG的弯曲（位移）传感器,且弯曲测量均利用耦合模LP01-11能量解调。其中:（1）基于四模对芯FBG的弯曲（位移）传感器,以四模光纤作为敏感元件,FBG仅作为反射镜,耦合模LP01-11能量弯曲响应具有良好的线性灵敏度和规律的方向性响应特性,且该传感器可实现温度同时测量;（2）基于两模离轴FBG的弯曲（位移）传感器,利用离轴写制法引入了非圆对称FBG结构,相比于四模对芯FBG结构,该传感器弯曲灵敏度更高,方向响应特性更好,也能实现温度同时测量。3.研制了一种基于光纤熔接点集成双FBG的高温应变传感器。利用单模光纤（Single Mode Fiber,SMF）和细芯光纤（Thin-core Fiber,TCF）纤芯折射率的差异,通过飞秒激光结合相位掩模板法,在SMF和TCF熔接点两侧纤芯区域刻写了总长度仅约为4mm的双FBG结构,实现了温度应变的同时测量。实验中通过化学腐蚀TCF进一步提高传感器的应变响应灵敏度,并采用高温退火工艺提高传感器的热可靠性和稳定性。传感器温度和应变测量范围分别为100℃-800℃、0-1000με,应变灵敏度最高可达到3.25 pm/μ?。4.研制了一种基于膜片与FBG相结合的压力传感器。通过对传感器件进行整体封装结构设计、承压膜片材料选择、膜片尺寸优化、模拟仿真分析、机械结构加工和装配等,实现了0-40 Mpa的油压测量,基本误差为0.073%,测量精度（不确定度/准确度/最大允许误差）为0.1级,为高精度FBG压力传感器的后续研制积累了宝贵的资料和经验。
郭奎奎[7]（2020）在《窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究》文中研究说明近年来,窄线宽光纤光栅激光器以其单频、窄线宽、超低噪声、抗干扰性强以及超高单色性、超高相干性等特性而被广泛地应用于现代信息社会之中,如在光纤通信系统、光纤传感器、相干激光雷达、微波光子系统以及太赫兹等领域。本文系统地研究了一种利用有源相移光纤光栅作为谐振腔的窄线宽光纤激光器,并探索其在传感领域的应用。本文在相移光纤光栅的理论仿真及制备、光纤激光器谐振腔结构优化与线宽测试、激光器双折射调控与偏振特性、高双折射窄线宽光纤激光器的传感应用等方面开展了研究工作。论文的主要内容包括:1.研究了紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术成功设计并搭建了紫外激光相位掩模法制备光纤光栅实验装置,系统研究了光纤光栅的制备工艺,通过静态相位掩模板法和动态相位掩模板法在载氢光纤上成功写制高质量的均匀光纤光栅（FBG）,反射率达99%以上,研究了不同光栅长度、不同光栅反射率下的光栅带宽。另外,利用紫外激光遮挡相位掩模板扫描法制备了高质量的相移光纤光栅（PS-FBG）,通过不同扫描速度、不同扫描长度实现不同相移量的PS-FBG的制备,其相移峰的3 dB带宽小于4 pm。基于光纤光栅的耦合模理论和传输矩阵理论对FBG和PS-FBG的光谱特性进行理论仿真,分析了光纤光栅长度、纤芯折射率调制对FBG和PS-FBG的光谱影响,通过理论分析和实验相结合的方法,归纳总结了FBG和PS-FBG的制备参数。2.实现一种基于对称阶跃型相移光纤光栅的窄线宽光纤激光器利用紫外激光相位掩模板扫描法在有源掺铒光纤上制备出π相移光纤光栅,获得了高性能的分布反馈（DFB）光纤激光器。针对DFB光纤激光器的输出性能,进行了全面分析和测试,包括泵浦阈值功率、斜率效率、工作稳定性、激光线宽特性等。为提高DFB光纤激光器的斜率效率,对PS-FBG的结构进行优化,提出了对称阶跃型PS-FBG的结构,该结构的相移区两边纤芯折射率呈对称阶跃分布,可以有效提高DFB光纤激光器的输出功率,实验测得对称阶跃型DFB光纤激光器的斜率效率高于均匀型DFB光纤激光器。该DFB光纤激光器具有窄线宽特性（2.6 kHz）和很高的工作稳定性（经24小时长期工作后,激射激光的中心波长和输出光功率波动分别小于12 pm和0.13 dB）。3.提出并实现窄线宽光纤光栅激光器的两种偏振调控技术利用光纤侧边抛磨技术和飞秒激光直写应力柱技术实现了光纤光栅激光器的偏振调控。首先,搭建了光纤侧边抛磨系统,通过对光纤光栅激光器的谐振腔（即有源PS-FBG）进行侧边抛磨,可以连续改变PS-FBG的双折射,进而实现偏振拍频调控,研究了抛磨厚度、抛磨粗糙度和抛磨方向对激光偏振拍频的影响,实现拍频信号从475.5 MHz至2080.4 MHz范围内调控。同时,提出一种单偏振DFB光纤激光器的制备方法,通过光纤侧边抛磨技术改变光纤激光器其中一个偏振态的激射阈值功率,在一定泵浦功率范围内保证只有一个偏振态可以正常激射,从而实现光纤激光器单偏振工作。另外,搭建了一套飞秒激光直写应力柱系统,利用800 nm飞秒激光在有源光纤的包层内直接写入应力柱,实现光纤光栅激光器的偏振调控。通过引入直线型应力柱和锯齿型应力柱,在光纤光栅内引入的双折射大小可达到商用保偏光纤如熊猫光纤的双折射量级(3.0×10-4)。利用该技术实现了光纤光栅激光器在121.1 MHz至3393.4 MHz范围内的偏振拍频调控。4.研究了双偏振光纤光栅激光器的传感特性首先,利用基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅作为传感单元,实现应变和温度双参数同时测量。利用光栅中心波长和双偏振模波长差两个参量进行解调,实现应变灵敏度1.24 pm/με和2.14×10-2 pm/με,温度灵敏度9.52 pm/°C和0.13pm/°C。其次,研究了一种基于飞秒激光直写双应力柱结构的高双折射光纤光栅激光传感器,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号和激射波长实现了应变和温度的同时测,应变灵敏度分别为34.5 kHz/με、1.25 pm/με,温度灵敏度分别为684.6 kHz/°C、11.5 pm/°C。另外,研究了光纤光栅激光器对横向压力传感特性,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号实现横向压力测量。实验结果表明:该光纤光栅激光传感器对横向压力的响应具有明显方向性,对横向压力响应的灵敏度最高达132.89 MHz/（N/mm）。本文从模拟仿真、系统构建、器件加工、性能测试等方面,系统研究了窄线宽光纤光栅激光器的设计、构建、优化与应用,研究成果对于光通信领域作为理想相干光源有重大的学术意义,对于光纤激光传感技术领域有巨大的应用价值。
周慧栋[8]（2020）在《基于扫描激光器的光纤光栅解调仪研究》文中研究说明随着光纤传感的快速发展,许多类型的光纤光栅传感器被不同学者进行了研究,作为一种无源传感器件,光纤光栅传感器因其体积小、质量轻、测量灵敏度、高抗电磁干扰等优点逐渐成为发展最快、应用最广的光纤传感器,因此这种传感器在航空航天、土木工程、精密仪器、可穿戴设备等传感领域具有较大的应用潜力。光纤光栅传感器的不断发展中也促进了其解调系统的研究。针对工程和生产领域现场环境下,光纤光栅传感器的有效应用则取决于解调设备在解调精度、解调范围、解调可靠性的性能。本文基于光纤光栅传感理论对已有解调方案进行分析,针对工程应用和工业生产领域,选取采用了基于扫描激光器的光纤光栅解调方案,搭建了实验平台并最终完成了多通道解调的工程样机。本文主要从以下几个方面展开研究:（1）本文基于光纤传感基本理论,介绍了不同光纤光栅的结构特点、传感模型及其应用场合。基于耦合模理论,本文着重对光纤布拉格光栅的温度和应变传感模型及其交叉敏感问题进行了阐释,分析了不同光纤光栅解调方案的优势和不足,并对光纤光栅传感系统的复用技术进行了说明。（2）本文选取了扫描激光器型光纤光栅解调方案,分析了方案中包括扫描激光器在内的关键器件参数及其选型要求,搭建了基于该方案的光纤光栅解调实验平台。进一步分析了不同光纤光栅传感信号处理方法,设计了基于平滑滤波拟合的信号处理方法及其寻峰算法,并进行了实验数据处理验证,保证了系统解调精度。（3）针对温度和应力测量的多通道测量需求,基于微软基础类库编写了上位机解调软件,功能包括了参数设置、显示与存储、波长解调和光谱显示等功能。最终针对工程和生产的现场应用集成了便携式样机。（4）针对研制的光纤光栅解调仪设计了相关的实验测试方案,分别进行了包括解调范围、精度、稳定性、解调频率等参数的测试。实验结果表明所设计的光纤光栅解调仪解调性能较好,解调范围1528nm-1568nm,解调精度为±2pm,解调稳定性达到±2pm,解调分辨率为1pm,解调速度为1Hz。
李瑞亚[9]（2020）在《重型数控机床热误差光纤分布动态监测原理与方法》文中提出高性能的重型数控机床（Heavy-duty CNC machine tools）是国民经济和国防建设的基础性和战略性装备。热误差是制约重型数控机床加工精度的重要因素之一。减小重型数控机床热误差,提高其加工精度对我国基础工业的发展具有重要的战略意义与重大的经济价值。关于重型数控机床热误差的研究,不仅要像传统中小型数控机床一样考虑热误差的时变、时滞、强非线性、多方向耦合等特征,还要解决其庞大的床身,分散的热源和复杂的机械边界条件等给热误差建模带来的困难以及给热误差监测技术带来的挑战。本论文旨在突破传统重型数控机床热误差建模方法和热误差监测技术的局限性,充分利用光纤光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）分布式传感技术的优势,发展重型数控机床温度、变形监测新技术,从热机理角度出发,结合先进检测技术,研究重型数控机床热误差建模新原理、新方法。在查阅和综合分析重型数控机床热弹性变形理论、热变形检测技术和热误差建模方法三个关键问题研究进展的基础上,论文开展了基于FBG的重型机床热误差监测原理与方法研究,主要研究工作和取得的成果如下:1.针对重型数控机床热误差强时滞、强非线性特征,研究了重型数控机床结构件热弹性变形特性。首先,从热源与受热结构件相对位置关系的角度出发,提出了重型机床热源分类新方法,将重型数控机床主要热源分为端部热源、侧部热源和环境温度;然后,在分析端部热源作用下结构件热弹性伸长变形特性基础上,重点研究了侧部热源作用下机床梁型结构件热弹性伸长-弯曲复合变形特性及其非同步时滞特征,建立了侧部热源作用下机床梁型结构件热弹性伸长-弯曲复合变形数学模型;最后,在分析环境温度作用下机床对称梁型结构件热弹性伸长特性的基础上,建立了环境温度作用下机床非对称梁型结构件的热弹性伸长-弯曲复合变形数学模型。2.针对重型数控机床床身结构体积庞大造成的机床整机热态参数（温度、热致应变）监测困难,研究了基于FBG的重型数控机床多参数分布式在线检测原理与方法。首先,建立了FBG多参数分布式检测的波分复用准则;然后,建立了FBG温度灵敏度模型,理论与实验分析了FBG对动态温度的响应能力;理论推导了FBG测量热致应变时的应变传递方程和温度解耦方程,并采用德国自动热膨胀分析仪进行了实验验证;最后,研制了面向重型数控机床的增敏型FBG温度传感器和增敏型FBG应变传感器,搭建了重型数控机床FBG多参数分布式检测系统。3.针对重型数控机床大型结构件热变形在线检测的需求,以定梁龙门、滑枕等重型数控机床典型大型结构件为研究对象,开展了基于FBG分布式测量数据的重型机床大型结构件热变形构建方法研究。一方面,提出了基于虚功原理（Virtual Work Principle,VWP）和FBG分布式温度测量的机床龙门结构空间热弹性变形构建方法,建立了机床龙门热变形致六项热误差元素模型;另一方面,提出了基于最小二乘变分原理（Least Square Variational Principle,LSVP）和FBG分布式应变测量的机床滑枕结构热弹性伸长-弯曲复合变形构建方法,建立了机床滑枕热弹性伸长-弯曲复合变形致三项热误差元素。4.针对重型数控机床热误差经验建模方法缺乏实际物理意义的问题,研究了重型数控机床综合热误差建模方法。首先,在考虑电主轴旋转与停转散热形式差异的基础上,对电主轴升温模型与降温模型进行了统一,建立了机床电主轴动态温升-温降理论递推模型;然后,提出了基于Sage-Husa自适应卡尔曼滤波（Sage-Husa Adaptive Kalman Filter,SHAKF）的电主轴理论温度与测试温度数据融合方法;建立了以主轴融合估计温度为主输入,以滑枕测量温度与环境测量温度为双扰动因素的主轴热误差模型;提出了基于蜜蜂算法（Bee Algorithm,BA）的主轴热误差模型系统参数辨识方法;最后,基于多体理论（Muti-body Theory,MBT）,结合机床电主轴热误差模型与床身大型结构件的热耦合误差矩阵,建立了重型数控机床综合热误差模型。5.以武汉重型机床集团ZK5540A重型定梁龙门钻铣床为实验对象,开展了重型数控机床主轴热误差实验、环境温度作用下重型数控机床的热误差实验以及内外热源共同作用下重型数控机床的综合热误差实验,对建立的重型数控机床综合热误差模型进行了实验验证。本论文的研究,对进一步丰富机床热变形理论、发展机床热变形检测新方法与技术、拓展重型数控机床热误差鲁棒建模具有重要的科学意义,对指导提高我国重型数控机床加工精度,从而改善我国大型/特大型高端工程装备工作性能具有重要实际应用价值。
郭红英[10]（2020）在《基于光纤光栅的高温固体压力传感技术研究》文中进行了进一步梳理随着各类高端武器不断发展,弹药的毁伤性越来越大,使得弹药在贮存、维护以及使用的过程中,合理地保存变得尤为重要。弹药在受到意外热刺激、直接受到火焰烤燃或者在战场上受到爆炸影响后吸收大量热福射等情况下,可能出现意外引燃的危险,进而发生不可控的化学反应。当弹药受到热刺激时,弹体内压力因温度变化会急剧增加,进而发生弹体引爆的可能,这不仅会导致弹药丧失正常功能,而且可能进一步造成生命财产的严重损失。因此,对实弹进行热感度烤燃实验、弹药热安定性检测、弹内压力检测,从而了解弹内含能材料反应的剧烈程度,以及检测弹体在受热过程中弹内温度、压力的变化,对弹药系统进行安全性和环境适应性的研究,具有重要的现实意义。本文围绕面向弹药内部热安全检测中进行弹内压力监测的实际应用需求,研究了改善高温环境下光纤光栅固体压力传感性能的因素。首先,设计和构建了能够实现固体压力传感的封装结构模型,优化了传感器的温度补偿效果,并进行温度、压力以及不同温度环境下的压力标定;其次,通过对所设计传感器的温度、压力标定数据进行数据处理,提高了传感器的温度补偿效果及压力检测精度。全文的研究要点如下:（1）本文结合弹药热安全检测环境下,弹内温度、压力所呈现出的特点,系统地针对光纤光栅固体压力检测的传感机理进行了分析,建立了高温压力传感模型及温度补偿方法。通过对理论模型的仿真计算,为传感器结构及相关参数设计提供了理论支持。（2）针对封装材料在不同温度下材料参数变化的问题,通过对封装结构与材料参数的理论分析与模型仿真相结合,得出压力灵敏度在不同温度的变化趋势。通过建立高温压力检测实验平台,在不同温度环境下,对设计的传感器进行压力标定实验,验证了耐高温光纤光栅传感器进行高温压力检测的可行性,为高温固体压力检测技术提供了一种新的研究手段。（3）针对光栅解调仪转换精度问题,有效地提取光纤Bragg光栅检测数据中的静态信息以及动态信息,应用希尔伯特—黄变换对数据进行滤波、重构,提高了压力检测精度。针对传感器在检测环境中温度变化范围大,温度补偿存在偏差的特点,采用极限学习机模型,对压敏光栅及温补光栅的温度实验数据进行训练,建立波长—温度的非线性模型,预测当前实验温度,然后对压敏光栅温度数据的训练集样本进行训练,建立温度—波长的非线性模型,预测压敏的输出波长,达到了改进温度补偿方法的目的。（4）针对传感器压力灵敏度随温度出现非线性变换的特点,建立了多元回归分析模型,在对其进行了线性化处理的基础上,使用python3.6对线性化后的模型进行了求解,实现了对所有测试数据,预测压力绝对误差全部小于0.5Mpa的检测效果。
二、温度应变同时测量的光纤光栅系统的研究（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、温度应变同时测量的光纤光栅系统的研究（论文提纲范文）
（1）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 |
（2）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 |
（3）光纤高温应变双参量同时精确测量传感器关键技术研究（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 光纤传感技术概述 |
| 1.2.1 光纤传感器原理 |
| 1.2.2 光纤传感器分类 |
| 1.3 光纤高温应变传感技术研究现状 |
| 1.3.1 光纤高温应变双参量传感技术的研究现状 |
| 1.3.2 温度应变交叉敏感问题研究现状 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 论文结构安排 |
| 第二章 光纤高温应变传感器基础理论 |
| 2.1 光纤RFBG型传感器工作原理及传感机理 |
| 2.1.1 光纤光栅的制备机理 |
| 2.1.2 光纤RFBG的形成机理 |
| 2.1.3 光纤RFBG的基本原理 |
| 2.1.4 光纤RFBG的温度和应变的传感机理 |
| 2.2 光纤FPI传感器工作原理及传感机理 |
| 2.2.1 光纤FPI传感器的基本原理 |
| 2.2.2 光纤FPI传感器的温度和应变的传感机理 |
| 2.3 温度应变交叉敏感特性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于RFBG的光纤高温应变双参量传感器 |
| 3.1 RFBG结构的热稳定性研究 |
| 3.1.1 RFBG的制备 |
| 3.1.2 热稳定性研究 |
| 3.2 基于双RFBG级联结构的光纤高温应变双参量传感器 |
| 3.2.1 双RFBG级联传感器的设计制作 |
| 3.2.2 温度应变实验装置 |
| 3.2.3 温度和应变的响应分析 |
| 3.2.4 温度应变双参量同时测量分析 |
| 3.3 基于双RFBG级联结构的光纤高温应变双参量精确测量传感器 |
| 3.3.1 光纤高温应变传感器的设计制作 |
| 3.3.2 高温应变传感器传感特性研究 |
| 3.3.3 基双RFBG级联结构的光纤高温应变传感器的对比分析 |
| 3.3.4 温度应变双参量同时精确测量理论分析 |
| 3.4 高应变灵敏度的光纤高温应变双参量精确测量传感器 |
| 3.4.1 高灵敏度光纤高温应变传感器的设计原理 |
| 3.4.2 高灵敏度光纤高温应变传感器的设计制作 |
| 3.4.3 温度和应变的表征及讨论 |
| 3.4.4 温度应变双参量传感分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于FPI的光纤高温应变双参量传感器 |
| 4.1 光纤FPI传感器的温度和应变的传感性能研究 |
| 4.1.1 光纤FPI传感器的设计制作 |
| 4.1.2 光纤FPI传感器的温度响应特性 |
| 4.1.3 基于SMF-28 的光纤FPI传感器的热稳定性分析 |
| 4.1.4 基于纯石英单模的光纤FPI传感器的热稳定性研究 |
| 4.1.5 经过退火处理的光纤FPI传感器的温度响应特性研究 |
| 4.1.6 经过退火处理的光纤FPI传感器的应变响应特性研究 |
| 4.1.7 经过热处理的纯石英单模-光纤FPI传感器的应变响应特性研究 |
| 4.2 基于FPI级联温度补偿结构的光纤高温应变双参量精确测量传感器 |
| 4.2.1 光纤传感器的设计制作及原理分析 |
| 4.2.2 温度和应变的实验表征 |
| 4.2.3 温度应变双参量传感 |
| 4.2.4 基于FPI结构的光纤高温应变双参量传感器的对比分析 |
| 4.3 基于游标效应和应力集中效应的高灵敏光纤高温应变传感器 |
| 4.3.1 传感器的设计制作 |
| 4.3.2 传感器的原理分析 |
| 4.3.3 温度和应变的响应表征 |
| 4.3.4 温度应变双参量响应分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 光纤高温应变传感器封装保护研究 |
| 5.1 光纤高温应变传感器的封装保护 |
| 5.2 经过封装的光纤高温应变传感器的原理分析 |
| 5.3 经过封装的光纤高温应变传感器的实验装置 |
| 5.4 光纤高温应变传感器的温度应变双参量表征及分析 |
| 5.4.1 温度响应特性研究 |
| 5.4.2 应变响应特性研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 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 |
（4）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 |
（5）光纤高温应变传感器及应变传递规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和研究意义 |
| 1.2 光纤传感技术概述 |
| 1.3 光纤传感器 |
| 1.3.1 光纤传感器的优点 |
| 1.3.2 光纤高温应变传感器 |
| 1.4 光纤光栅的发展 |
| 1.4.1 光纤光栅分类 |
| 1.4.2 耐高温光纤光栅的研究现状 |
| 1.4.3 热重生光纤光栅的研究现状 |
| 1.5 光纤光栅应变传递理论研究 |
| 1.5.1 光纤光栅应变传递理论研究的必要性 |
| 1.5.2 光纤光栅应变传递理论研究进展 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第二章 光纤传感器基础理论研究 |
| 2.1 光纤干涉型结构传感理论 |
| 2.1.1 光纤F-P型干涉原理 |
| 2.1.2 光纤F-P型温度传感原理 |
| 2.1.3 光纤F-P型应变传感原理 |
| 2.2 光纤F-P型传感解调 |
| 2.2.1 强度解调 |
| 2.2.2 相位解调 |
| 2.3 光纤光栅传感器的原理 |
| 2.3.1 光纤光栅的制作与写入技术 |
| 2.3.2 光纤光栅的耦合模理论 |
| 2.3.3 光纤光栅的温度和应变传感特性 |
| 2.3.4 光纤光栅温度和应变交叉敏感特性分析 |
| 2.4 热重生光纤光栅 |
| 2.4.1 化学组分光栅模型理论 |
| 2.4.2 应力松弛模型理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 温度-应变双参量光纤传感器研究 |
| 3.1 基于纯石英F-P结构级联FBG传感器分析 |
| 3.1.1 光纤纯石英F-P结构制作 |
| 3.1.2 光纤热重生种子光栅的制作 |
| 3.2 温度-应变双参量光纤传感器响应特性 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 温度测试 |
| 3.2.3 应变测试 |
| 3.3 温度-应变双参量光纤传感器传感响应分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于玻璃毛细管粘贴结构的高温应变传感器 |
| 4.1 传感器结构设计 |
| 4.2 实验装置 |
| 4.3 高温应变增敏结构的温度-应变传感特点 |
| 4.3.1 温度测试 |
| 4.3.2 高温应变测试 |
| 4.4 温度-应变增敏传感器响应分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 埋入式三层光纤传感器结构应变传递分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三层光纤传感器结构应变传递分析 |
| 5.3 影响参数分析 |
| 5.4 有限元仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
（6）新型高精度光纤光栅应变传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光纤传感技术概述 |
| 1.3 光纤应变传感技术国内外研究现状 |
| 1.3.1 干涉型光纤应变传感器 |
| 1.3.2 光纤背向散射型应变传感器 |
| 1.3.3 光纤光栅型应变传感器 |
| 1.4 新型光纤光栅矢量应变传感器 |
| 1.5 论文研究内容和创新点 |
| 1.6 论文结构 |
| 第二章 FBG理论及制备方法 |
| 2.1 FBG耦合模理论 |
| 2.1.1 Bragg谐振条件 |
| 2.1.2 FBG耦合模理论 |
| 2.1.3 FBG反射率 |
| 2.1.4 FBG带宽 |
| 2.1.5 切趾FBG |
| 2.2 FBG的制备机理 |
| 2.2.1 光纤光敏特性 |
| 2.2.2 提高光纤的光敏性 |
| 2.2.3 飞秒激光制备FBG的机理 |
| 2.2.4 飞秒激光FBG折射率调制类型 |
| 2.3 FBG刻写方法 |
| 2.3.1 基于飞秒激光逐点法的FBG刻写技术 |
| 2.3.2 基于相位掩模板的FBG刻写技术 |
| 2.4 实验室制备FBG系统 |
| 2.4.1 实验平台 |
| 2.4.2 相位掩模板刻写FBG实验装置 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于少模FBG的弯曲(位移)传感器 |
| 3.1 少模FBG的制备及机理 |
| 3.1.1 少模光纤的种类 |
| 3.1.2 少模FBG的制备 |
| 3.1.3 传感器弯曲应变响应机理和FMF模式耦合 |
| 3.2 基于四模FBG的方向性识别弯曲(位移)传感器 |
| 3.2.1 四模对芯FBG的制备 |
| 3.2.2 弯曲(位移)及温度响应测量 |
| 3.3 基于两模离轴FBG的方向性识别弯曲(位移)传感器 |
| 3.3.1 两模离轴FBG的制备 |
| 3.3.2 弯曲(位移)及温度响应测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 光纤熔接点集成双FBG的高温应变传感器 |
| 4.1 熔接点集成双FBG的制备及机理 |
| 4.2 FBG温度应变响应机理 |
| 4.2.1 FBG温度传感特性 |
| 4.2.2 FBG轴向应变传感特性 |
| 4.2.3 FBG温度和应变双参量测量原理 |
| 4.3 熔接点集成双FBG的温度及应变传感特性实验研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 FBG压力传感器的封装结构设计及优化 |
| 5.1 膜片式FBG压力传感器的结构设计方案 |
| 5.1.1 膜片式FBG压力传感器的基本结构 |
| 5.1.2 高精度FBG压力传感器的关键技术指标 |
| 5.1.3 压力传感器封装结构设计方案 |
| 5.2 传感器膜片(受力面)的分析及结构优化制作 |
| 5.2.1 膜片(受力面)失效模式计算及模拟 |
| 5.2.2 封装结构优化 |
| 5.2.3 传感器的结构封装 |
| 5.3 压力响应测试及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 问题和挑战 |
| 6.3 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）窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 窄线宽光纤光栅激光器的研究意义 |
| 1.3 窄线宽光纤光栅激光器的研究进展 |
| 1.4 光纤光栅激光器的偏振调控技术 |
| 1.5 窄线宽光纤光栅激光器的传感应用 |
| 1.5.1 相位解调型光纤激光传感器 |
| 1.5.2 偏振拍频解调型光纤激光传感器 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 窄线宽光纤光栅激光器的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 掺铒光纤激光器的理论基础 |
| 2.2.1 光纤激光器的基本组成与工作原理 |
| 2.2.2 铒粒子的能级结构和光谱特性 |
| 2.2.3 吸收截面和发射截面 |
| 2.2.4 三能级速率方程 |
| 2.3 窄线宽光纤激光器的谐振腔 |
| 2.3.1 线形谐振腔 |
| 2.3.2 环形谐振腔 |
| 2.3.3 其他谐振腔 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 窄线宽光纤光栅激光器的谐振腔设计与光栅制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光纤光栅激光器谐振腔的理论分析 |
| 3.2.1 耦合模理论 |
| 3.2.2 传输矩阵法 |
| 3.2.3 均匀光纤布拉格光栅的理论仿真 |
| 3.2.4 相移光纤布拉格光栅的理论仿真 |
| 3.3 紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术 |
| 3.3.1 光纤载氢技术 |
| 3.3.2 紫外激光相位掩模板扫描法制备系统 |
| 3.3.3 均匀光纤布拉格光栅的光谱特性研究 |
| 3.3.4 相移光纤布拉格光栅的光谱特性研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 窄线宽光纤光栅激光器的研制与测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 分布反馈光纤激光器的基本结构 |
| 4.2.1 对称型激光器谐振腔结构 |
| 4.2.2 非对称型激光器谐振腔结构 |
| 4.3 窄线宽光纤光栅激光器的理论分析 |
| 4.4 窄线宽光纤激光器的输出特性 |
| 4.5 窄线宽光纤激光器的线宽理论和测试表征 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于侧边抛磨的光纤光栅激光器偏振调控技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 偏振基础理论 |
| 5.3 光纤侧边抛磨系统 |
| 5.4 利用侧边抛磨技术实现光纤光栅激光器的偏振拍频调控 |
| 5.4.1 偏振拍频调控的工作原理 |
| 5.4.2 双偏振DFB光纤激光器的制备与测试 |
| 5.4.3 基于侧边抛磨的DFB光纤激光器偏振调控实验 |
| 5.5 利用侧边抛磨技术实现单偏振光纤光栅激光器 |
| 5.5.1 侧抛单偏振光纤激光器工作原理 |
| 5.5.2 侧抛单偏振光纤激光器的实验研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于应力柱的光纤光栅激光器偏振调控技术 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 飞秒激光写制应力柱技术及实验装置 |
| 6.3 光纤光栅偏振相关特性与测试系统 |
| 6.4 高双折射光纤光栅的制备及测试 |
| 6.4.1 基于直线型应力柱的高双折射光纤光栅 |
| 6.4.2 基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅 |
| 6.5 光纤双折射变化对光栅输出偏振态的影响 |
| 6.6 基于锯齿型应力柱的光纤光栅激光器偏振调控 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 窄线宽光纤光栅激光器的传感特性研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 基于光纤光栅的双参数同时测量原理 |
| 7.2.1 双波长矩阵法 |
| 7.2.2 双参数矩阵法 |
| 7.3 基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅应变和温度传感技术 |
| 7.3.1 高双折射光纤光栅的基本传感原理 |
| 7.3.2 高双折射光纤光栅的应变和温度双参数测量 |
| 7.4 基于光纤光栅激光器偏振拍频的应变和温度同时传感技术 |
| 7.4.1 基于双偏振光纤光栅激光器的应变和温度同时传感原理 |
| 7.4.2 基于双偏振光纤光栅激光器的应变和温度同时传感实验 |
| 7.5 基于光纤光栅激光器偏振拍频测量的横向压力传感技术 |
| 7.5.1 光纤光栅激光器的横向压力传感原理 |
| 7.5.2 光纤光栅激光器的横向压力传感测量 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 工作总结与展望 |
| 8.1 工作总结 |
| 8.2 本文的创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
| 答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 附:发表论文首页 |
（8）基于扫描激光器的光纤光栅解调仪研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状和发展趋势 |
| 1.2.1 国内外研究现状及应用 |
| 1.2.2 光纤光栅的分类及特点 |
| 1.3 课题主要研究内容及论文安排 |
| 第二章 光纤光栅传感技术研究 |
| 2.1 光纤光栅传感原理 |
| 2.1.1 光纤光栅传感模型 |
| 2.1.2 FBG温度传感特性 |
| 2.1.3 FBG应变传感特性 |
| 2.1.4 FBG交叉敏感特性 |
| 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 光纤光栅复用技术 |
| 2.3.1 波分复用技术 |
| 2.3.2 空分复用技术 |
| 2.3.3 时分复用技术 |
| 2.3.4 频分复用技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 光纤光栅传感解调系统研究 |
| 3.1 光纤光栅解调系统需求分析 |
| 3.1.1 系统检测参数需求分析 |
| 3.1.2 解调系统性能指标分析 |
| 3.2 光纤光栅解调系统设计 |
| 3.2.1 光纤光栅解调系统组成 |
| 3.2.2 光纤光栅解调方案设计 |
| 3.2.3 传感解调系统器件分析 |
| 3.2.4 解调系统实验平台搭建 |
| 3.3 光纤光栅波长解调算法 |
| 3.3.1 光纤光栅信号噪声分析 |
| 3.3.2 传感信号寻峰算法分析 |
| 3.3.3 传感系统解调算法设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 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 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 解调物理参数显示 |
| 4.2.3 通道光谱数据显示 |
| 4.3 系统存储与监测功能设计 |
| 4.3.1 解调数据存储设计 |
| 4.3.2 状态监测功能设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 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 |
| 5.2 系统解调性能测试 |
| 5.2.1 系统解调精度测试 |
| 5.2.2 系统解调重复性测试 |
| 5.2.3 系统解调响应时间测试 |
| 5.3 系统解调范围测试 |
| 5.3.1 系统解调动态范围测试 |
| 5.3.2 系统解调传感器容量测试 |
| 5.3.3 系统应变测量及补偿测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）重型数控机床热误差光纤分布动态监测原理与方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题概述 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状分析 |
| 1.2.1 重型数控机床热误差研究概述 |
| 1.2.2 机床热弹性变形特性研究现状 |
| 1.2.3 机床热变形检测技术的研究现状 |
| 1.2.4 机床热误差预测模型的研究现状 |
| 1.3 目前研究中存在的问题 |
| 1.4 论文的研究内容与组织结构 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 论文组织结构 |
| 第2章 重型数控机床结构件热弹性变形特性 |
| 2.1 重型数控机床热源分类 |
| 2.2 端部热源作用下机床结构件热弹性伸长变形 |
| 2.2.1 热弹性伸长的“超前”与“滞后”特性 |
| 2.2.2 有限差分(FDM)数值模型与分析 |
| 2.2.3 实验分析与系统传递函数 |
| 2.3 侧部热源作用下机床结构件热弹性伸长-弯曲复合变形 |
| 2.3.1 热弹性伸长-弯曲复合变形的非同步时滞特性 |
| 2.3.2 有限元(FEM)数值模型与分析 |
| 2.3.3 实验分析与系统传递函数 |
| 2.4 环境温度作用下机床结构件热弹性变形 |
| 2.4.1 机床结构件在环境温度作用下的热弹性伸长 |
| 2.4.2 机床结构件在环境温度作用下的热弹性伸长-弯曲 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 光纤光栅传感器及其分布检测原理与方法 |
| 3.1 光纤光栅多参数分布式检测原理 |
| 3.1.1 光纤光栅基本理论 |
| 3.1.2 光纤光栅传感原理 |
| 3.1.3 光纤光栅多参数检测与空分-波分组合复用 |
| 3.2 光纤光栅温度传感特性 |
| 3.2.1 光纤光栅温度灵敏度 |
| 3.2.2 光纤光栅动态测温特性 |
| 3.2.3 光纤光栅分布式温度测量实验 |
| 3.3 光纤光栅热致应变检测原理与方法 |
| 3.3.1 光纤光栅热致应变传递理论 |
| 3.3.2 光纤光栅热致应变测量的温度补偿 |
| 3.3.3 光纤光栅热致应变测量实验 |
| 3.4 增敏型光纤光栅传感器技术 |
| 3.4.1 增敏型光纤光栅温度传感器 |
| 3.4.2 增敏型温度自补偿光纤光栅应变传感器 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于分布测试数据的重型机床大型结构件热变形构建方法 |
| 4.1 梁式结构件热弹性伸长-弯曲复合变形构建 |
| 4.1.1 轴向离散化与坐标变换 |
| 4.1.2 梁单元节点热位移模型 |
| 4.1.3 全局坐标系下整体热变形 |
| 4.2 重型数控机床定梁龙门结构空间热弹性变形构建 |
| 4.2.1 自由膨胀热变形 |
| 4.2.2 基于虚功原理的龙门结构热致内力模型 |
| 4.2.3 龙门结构空间热弹性变形模型 |
| 4.3 重型数控机床滑枕结构热弹性伸长-弯曲复合变形构建 |
| 4.3.1 滑枕动态离散 |
| 4.3.2 二节点六自由度Euler-Bernoulli平面直梁单元的数学模型 |
| 4.3.3 梁单元应变数学模型与解耦方法 |
| 4.3.4 基于最小二乘变分原理的热致位移求解 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 重型数控机床综合热误差模型 |
| 5.1 重型数控机床主轴热误差建模 |
| 5.1.1 主轴动态温升-温降理论递推模型 |
| 5.1.2 主轴生热离散系统状态空间表达式 |
| 5.1.3 基于Sage-Husa自适应卡尔曼滤波的主轴温度数据融合 |
| 5.1.4 主轴热误差预测模型 |
| 5.1.5 基于蜜蜂算法的主轴热误差模型系统辨识方法 |
| 5.2 重型数控机床床身大型结构件热变形致空间误差 |
| 5.2.1 重型数控机床床身结构基本误差元素 |
| 5.2.2 重型数控机床床身结构误差传动链 |
| 5.2.3 重型数控机床床身结构动态热耦合误差矩阵 |
| 5.3 重型数控机床综合热误差预测模型 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 重型数控机床热误差检测实验研究 |
| 6.1 重型数控机床光纤光栅多参数分布式检测系统 |
| 6.1.1 ZK5540A重型定梁龙门钻铣床 |
| 6.1.2 光纤光栅传感器布置 |
| 6.1.3 光纤光栅多参数分布式检测系统 |
| 6.2 ZK5540A重型数控机床综合热误差模型 |
| 6.2.1 电主轴温度模型 |
| 6.2.2 床身结构热误差元素模型 |
| 6.2.3 重型机床综合热误差模型 |
| 6.3 ZK5540A重型数控机床主轴热误差实验研究 |
| 6.3.1 主轴热误差实验 |
| 6.3.2 转速与环境温度对主轴温度的影响 |
| 6.3.3 主轴温度模型实验分析 |
| 6.3.4 主轴热误差模型实验分析 |
| 6.4 ZK5540A重型数控机床环境温度作用下热误差实验研究 |
| 6.4.1 环境温度致机床热误差实验 |
| 6.4.2 机床热误差与温度场分析 |
| 6.4.3 复杂温度场中床身结构热误差元素 |
| 6.4.4 环境温度作用下机床热误差预测 |
| 6.5 内外热源共同作用下重型数控机床综合热误差预测 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 本文的主要创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 英文专业术语缩写一览表 |
| 附录 B 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 附录 C 攻读博士学位期间参与的支持项目 |
| 致谢 |
（10）基于光纤光栅的高温固体压力传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 弹药安全检测国内外研究现状 |
| 1.2.2 光纤光栅传感研究现状 |
| 1.3 现存的主要问题 |
| 1.4 论文研究内容及框架结构 |
| 2.光纤布拉格光栅传感特性及其温度补偿技术 |
| 2.1 光纤光栅的特性分析 |
| 2.2 温度和应变对光栅反射波长的影响规律 |
| 2.2.1 温度对光栅中心波长的影响规律 |
| 2.2.2 应变对光栅中心波长的影响规律 |
| 2.2.3 温度应变共同作用下光栅输出特性 |
| 2.3 压力传感器模型的建立 |
| 2.4 光栅压力传感器温度补偿方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3.光纤Bragg光栅传感器结构设计与分析 |
| 3.1 光纤Bragg光栅压力传感器设计 |
| 3.1.1 封装材料的选择 |
| 3.1.2 传感器结构参数的确定 |
| 3.1.3 实验标定结果及分析 |
| 3.2 光栅压力传感的温度补偿技术 |
| 3.2.1 温度补偿方法的实现 |
| 3.2.2 温度补偿效果的优化 |
| 3.3 高温下的压力传感特性 |
| 3.3.1 传感器模型高温下受压的有限元仿真的压力灵敏度 |
| 3.3.2 高温压力标定实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 4.基于信号处理的光纤光栅压力传感器性能改进研究 |
| 4.1 基于希尔伯特-黄变换的光纤光栅传感性能改进 |
| 4.1.1 希尔伯特-黄变换基本原理 |
| 4.1.2 实验环境介绍 |
| 4.1.3 改进前后结果分析 |
| 4.2 基于极限学习机的光栅压力传感器温度补偿方法改进研究 |
| 4.2.1 极限学习机理论 |
| 4.2.2 极限学习机建模方法 |
| 4.2.3 实验结果与分析 |
| 4.3 基于多元回归分析的光纤光栅高温压力传感器压力输出预测 |
| 4.3.1 多元回归分析理论 |
| 4.3.2 压力检测结果线性回归模型的建立及求解 |
| 4.3.3 实验数据分析 |
| 4.4 光纤光栅压力传感器的高温压力检测的综合改进 |
| 4.5 本章小结 |
| 5.总结与展望 |
| 5.1 论文主要工作 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
四、温度应变同时测量的光纤光栅系统的研究（论文参考文献）
- [1]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
- [2]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)
- [3]光纤高温应变双参量同时精确测量传感器关键技术研究[D]. 田琴. 西北大学, 2020
- [4]少模光纤双参量传感特性研究[D]. 王崇禧. 天津大学, 2020(01)
- [5]光纤高温应变传感器及应变传递规律研究[D]. 何宇栋. 西北大学, 2020(02)
- [6]新型高精度光纤光栅应变传感技术研究[D]. 苏丹. 西北大学, 2020
- [7]窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究[D]. 郭奎奎. 深圳大学, 2020(10)
- [8]基于扫描激光器的光纤光栅解调仪研究[D]. 周慧栋. 太原理工大学, 2020(07)
- [9]重型数控机床热误差光纤分布动态监测原理与方法[D]. 李瑞亚. 武汉理工大学, 2020
- [10]基于光纤光栅的高温固体压力传感技术研究[D]. 郭红英. 中北大学, 2020(10)