【正文】 ； ，實(shí)現(xiàn)利用 光纖布拉格傳感器進(jìn)行高溫 測試 的設(shè)計(jì)； ，溫度測試范圍 1000℃～ 2020℃； 光纖光柵溫度傳感器的響應(yīng)時間測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； ，并分析封裝結(jié)構(gòu)對響應(yīng)時間的影響。迄今為止，已有的光纖光柵傳感技術(shù)還存在著以下的不足： ，用于傳感的光纖光柵往往對多種信號敏感，其中最重要的是溫度與其他測量分量的交叉敏感，這就需要 設(shè)置相應(yīng)的溫度補(bǔ)償裝置或采用單一敏感的調(diào)制解調(diào)技術(shù)。電線的載重量、變壓器繞線的溫度、大電流等都可利用光纖傳感器進(jìn)行測量。永久連續(xù)的油田井下監(jiān)測有利于油田的管理、優(yōu)化和發(fā)展，光纖光柵傳感器因其抗電磁干擾、耐高溫、長期穩(wěn)定并且抗高輻射非常適合用于井下傳感。 2020 年 Hofmarm. D, Habel, W 等人對柏林 Lehrter Bahnhof 預(yù)應(yīng)力鐵路橋的應(yīng)變和傾度進(jìn)行了測量。加拿大卡爾加里市建造的 Beddington Trail 大橋采用了三種預(yù)應(yīng)力筋：傳統(tǒng)鋼筋，碳纖復(fù)合拉索 (Carbon Fiber Composite Cabel)，碳纖拉桿 (Carbon Fiber Leadline Rod)。 光纖光柵傳感的發(fā)展和應(yīng)用情況 溫度、壓力、應(yīng)變等參數(shù)是光纖傳感器能夠直接傳感測量的基本物理量，同時也是其它各物理量傳感的基礎(chǔ)，即其它各種物理量的傳感都是以光纖傳感器對應(yīng)變、壓力、及溫度的感知為基礎(chǔ)而衍生出來的。這有利于航空、航天以及狹窄空間的應(yīng)用。光纖傳感器采用光測量的技術(shù) 手段，一般為微米量級，采用 4 波長調(diào)制技術(shù)，分辨率可達(dá)到波長尺度的納米量級，利用光纖和光波干涉技術(shù)使光纖傳感器的靈敏度優(yōu)于一般的傳感器。 隨著研究的不斷深入，光纖光柵的優(yōu)良特性也逐步展現(xiàn)出來，如成本低，穩(wěn)定性好，體積小，抗電磁干擾性好，感應(yīng)信息被波長編碼等，尤其傳感器本身就是由光纖制作而成，便于與光纖結(jié)合，使得全光纖化的一維光子集成測控系統(tǒng)成為可能。 1994 年 6 月， R這不僅有效地提高了光纖光柵的寫入效率，而且還可以通過改變兩束相干光的夾角對光纖光柵波長進(jìn)行調(diào)控，光纖光 柵的實(shí)用化向前邁了一大步。他們使用 488nm 氬離子激光照射摻鍺的光纖，在光纖 中產(chǎn)生駐波干涉條紋，制成纖芯折射率沿軸向周期性分布的光纖光柵。 正是由于這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使得光纖布拉格光柵已成為目前最具有發(fā)展前途，最具有代表性的光纖無源器件之一，其應(yīng)用領(lǐng)域也日漸擴(kuò)展。光纖布拉格光柵是用光纖布拉格光柵（ FBG）作敏感元件的功能型光纖傳感器，以其抗電磁干擾、靈敏度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專 業(yè)知識、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 第 1 頁 共 45 頁 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè) 計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主 任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 第 2 頁 共 45 頁 1 緒論 研究目的及意義 光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種以光為載體、光纖為媒質(zhì)、感知和傳輸外界信號（被測量）的新型傳感技術(shù)。 、高分辨力。 光纖光柵發(fā)展歷史 1978 年，加拿大渥太華通信研究中心的 K． O． Hill 等人首次觀察到摻鍺光纖中因光誘導(dǎo)產(chǎn)生光柵的效應(yīng)。 Meltz 等人發(fā)明了紫外光側(cè)面寫入光敏光柵的技術(shù)，首次利用 244nmKrF 準(zhǔn)分子激光器，采用雙光束側(cè)面全息干涉法研制成功 Bragg光纖光柵濾波器。這種方法適用于摻鍺、摻磷光纖，現(xiàn)已成為制作光纖光柵的重要步驟。光纖光柵的制作及光纖光敏化技術(shù)不斷取得新的進(jìn)展，其制作技術(shù)也不斷提高和完善。 。光纖可撓的優(yōu)點(diǎn)使其可制成外形各異、尺寸不同的各種光纖傳感器。光纖傳感器可很方便的與計(jì)算機(jī)和光纖傳輸系統(tǒng)相連，有利于與現(xiàn)有光通信網(wǎng)絡(luò)組成遙測網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)。 1993 年 Raymond M． Measures 等人首先開始了光纖光柵傳感器在橋梁的實(shí)際監(jiān)測應(yīng)用。同年 Magne Sylvain 等在法國工業(yè)部的支持下，在波爾多地區(qū)的 SaintJean 大橋貼裝了 14 個波分復(fù)用的光纖光柵張力計(jì)和光纖光柵溫度計(jì)，監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)受 住了寒暑季節(jié)的變化的考驗(yàn)。 高溫操作和長期穩(wěn)定性的要求也限制了電類傳感器在石油化工中的應(yīng)用。 光纖傳感器因不受電磁場干擾、可實(shí)現(xiàn)長距離、低損耗傳輸，已成為電力工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。 存在的問題 光纖光柵傳感器的應(yīng)用是一個方興未艾的領(lǐng)域，有著廣闊的發(fā)展。 論文的主要內(nèi)容及工作 本論文對光纖布拉格光柵溫度傳感器響應(yīng)時間測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。能量耦合發(fā)生在兩個反向傳輸?shù)哪鲋?，這種光纖光柵具有較窄的反射帶寬 (～ 110nm? )和較高的反射率 (～ 100％ )。在制作光柵的過程中，讓紫外光通過相位掩模后的照射方向與光纖軸不垂直，結(jié)果干涉條紋與纖芯成一定得角度，也就是說光柵波矢方向與光纖軸線方向不一致，從而形成閃耀光柵。其中，? ?effnz? 是有效折射率； V 為折射率變化的條紋可見度； ? ?Z? 用來表示光柵的啁啾。光柵的折射率分布有中間向兩端逐漸遞減至零，使得折射率不會突變，因而不存在旁瓣。因此，近幾年，光纖光柵高溫傳感器的封裝技術(shù)一直是光纖傳感領(lǐng)域具有實(shí)際應(yīng)用 價值的課題。在溫度升高的過程中，光纖光柵同時受到金屬管的軸向拉應(yīng)力，因此，其波長的漂移是溫度和軸向拉力共同作用的結(jié)果，從而提高了光纖 Bragg 光柵的溫度靈敏度。光纖光柵的封裝工藝是光柵傳感器走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技 術(shù)，封裝工藝必須簡單、固化過程容易實(shí)現(xiàn)。成柵機(jī)制：注入光纖的入射光和從光纖另一端面返回的反射光在光纖內(nèi)形成的駐波，經(jīng)過一點(diǎn)時間曝光后使纖芯的折射率形成周期性分布。成柵機(jī)制：入射的紫外光經(jīng)相位模板空間調(diào)制，在模板后形成不同周期的衍射條紋，使纖芯的折射率形成周期性分布。成柵機(jī)制：將聚焦激光束投射到由精密機(jī)構(gòu)控制位移的光纖上，通過軸向移動對光纖曝光，使纖芯的折射率形成周期性分布。該法適用于非均勻特種光纖光柵的制作，但曝光光束的輸出功率及掃描速率須精確調(diào)控。該法適用于制作長周期光纖光柵，對機(jī)械加工的精度要求較高，目前很少被采用。將光纖置于周期性空間變化的激光光源下 ,即可在光纖纖芯中產(chǎn)生這種折射率變化 ,由于周期性折射率的擾動僅會對很窄的一小段光譜產(chǎn)生影響 ,這樣光纖光柵實(shí)際上就起到了光波選擇反射鏡的作 用 , 當(dāng)光柵所受應(yīng)變和其周圍溫度發(fā)生變化時 ,會導(dǎo)致其芯區(qū)的有效折射率 effn 和 光 柵周期 ? 的變化 ,從而使布拉格波長發(fā)生偏移 (如圖 )。 基于光纖光柵的非均勻分布，非均勻性主要包括光柵周期以及折射率調(diào)制的漸變性以及折射率調(diào)制在橫截面上的非均勻分布等。由麥克斯韋方程： 20H i n E???? 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() 0E i H???? ? () 可以得到： 201z t tEHin??? ? ? （ ） 01z t tHEi??? ? ? ?