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光纤光栅(FBG)传感器具有其他传统传感器无可比拟的优势,它具有体积小、安全、灵敏度高、远程在线监测和准分布式测量等特点,被广泛地应用于传感各个领域。本论文创造性地把光纤光栅传感技术和一种光学的掺钴光纤加热的方法与传统的电学传感器结合,发明了一种全光的光纤光栅气体质量流量计和一种光纤光栅瓦斯气体浓度监测传感器。 本论文在首先在绪论中介绍了光纤光栅传感技术的发展和光纤光栅的分类,并在接下来的第二章中对光纤光栅传感技术的基本基础知识做了一个前提介绍,包括:光纤光栅成栅技术、光纤光栅模式耦合理论和光纤光栅基本传感器的设计。 在论文的第三章中,我们研究了一种光纤光栅气体质量流量计。准确的说,我们是利用光学手段,对传统的热式气体质量流量计的改进:用高损耗系数的掺钴光纤代替电热丝加热、用光纤光栅代替热敏电阻和惠斯顿电桥对温度的探测。在论文中,我们通过comsol软件对掺钴光纤被光加热后的温度分布进行了模拟,找出光纤的温最高点;通过对不同长度FBG实验验证,得出FBG长度对传感器的影响。在此基础上我们提出了解决传感器中光纤光栅啁啾现象的方法。接着,我们对我们设计的传感器工作过程进行了详细的描述。最后我们对传感器的工作机理进行了理论分析,推导出了传感器的工作理论公式。 上述我们设计的传感器具有如下优点:(1)无电火花安全隐患;(2)精度高——FBG中心波长与温度的线性度比热敏电阻的阻值和温度的线性度好;(3)加热元件和测温元件紧密结合,传感器的响应时间快;(4)耐腐蚀性好。 在论文的第五章里,我们研究了一种全光的光纤光栅瓦斯气体浓度传感器,此传感器是对传统热导式气体浓度传感器的改进。光纤光栅气体浓度传感器的工作机理是:在小段的高损耗掺钴光纤上刻写FBG,并将其熔接到单模通信光纤上;把加热光导入光纤,掺钴光纤吸光发热;因为不同浓度气体的导热系数不同,导致了光纤的散热传热能力的不同,所以掺钴光纤的温度就会不同;观察FBG反射中心波长的漂移量,就可以得知气体浓度。此传感器非常适合应用于高危气体的监测,我们把它应用于瓦斯气体浓度监测做了相关实验。在瓦斯气体爆炸的极限范围内(0%到4.8%),当导入加热光热光功率是400mw时,传感器实验结果线性度非常好,灵敏度是14.6 pm/%。另外,传感器的灵敏度可以通过调节导入加热光功率进行调节。当导入加热光功率从0mw到600mw时,传感器的灵敏度是从0 pm/% to26.74 pm/%. 上述气体浓度传感器有以下优点:(1)安全。采用光学的加热和温度探测方法,无电火花安全隐患;(2)准分布式测量。此传感器在采用的FBG传感技术,具有准分布式测量的潜能;(3)在线远程监测。此传感器全部采用光纤构建,可以实现在线远程监测功能。