【摘 要】
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光纤传感器自问世以来便得到了广泛的关注和研究,长周期光纤光栅和级联的长周期光纤光栅传感器是近年来光纤传感器研究的重要分支。它们具有体积小、质量轻、耐腐蚀、抗电磁
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光纤传感器自问世以来便得到了广泛的关注和研究,长周期光纤光栅和级联的长周期光纤光栅传感器是近年来光纤传感器研究的重要分支。它们具有体积小、质量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、易于接入光纤网络和对多种参量敏感等优点,但由于长周期光纤光栅和级联长周期光纤光栅特殊的耦合模式和光谱特性,鲜有分布式的解调复用系统的提出,严重阻碍了长周期光纤光栅和级联长周期光纤光栅实现分布式传感。首先,本文从光纤光栅的基本理论出发,对长周期光纤光栅的耦合方程和传输矩阵进行了推导,分析了不同光栅参数下的长周期光纤光栅的光谱特性,为改进长周期光纤光栅的光谱特性提供了依据。其次,以长周期光纤光栅理论为基础,对级联长周期光纤光栅的传输矩阵进行了推导,分析了不同结构参数下的级联长周期光纤光栅的光谱特性。基于级联长周期光纤光栅的传感原理,对级联长周期光纤光栅的折射率、温度和应变传感特性进行了分析。针对级联长周期光纤光栅折射率的非线性传感特性,难以准确预测折射率大小的问题,提出了基于自适应神经模糊系统的折射率预测模型,实现了对折射率大小的预测,为级联长周期光纤光栅传感器的设计和实用化提供了依据。最后,根据级联长周期光纤光栅的工作模式,选择将传统的光谱仪解调与虚拟仪器技术相结合、通过光开关进行光路切换的方法,设计了分布式级联长周期光纤光栅的解调复用系统,并基于计算机上的Lab VIEW平台对设计的系统各模块进行编程设计,实现了各个级联长周期光纤光栅的光谱还原、谐振波长和温度解调,设计的系统具有精度高、兼容性强、操作界面友好等优点。
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