光纤磁场和温度传感系统的研究

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随着光纤的出现和光纤通信的发展,光纤传感技术逐渐成形,并快速发展成的一门新兴技术。自21世纪以来,国内的光纤传感器在应用方面获得了巨大的成绩。在光纤传感器的应用领域、规模和范围等方面,国内已经成长起来一批专业公司和代理公司,他们基本走在了世界前列。国内自主开发的光纤信号解调仪、分布式光纤温度测量仪、光纤陀螺仪等产品,也广泛应用到了土木工程、电力、化工、能源、建筑、国防等众多领域。  本论文在现有的磁场以及光纤光栅温度传感理论基础之上,研究并设计了基于纳米磁流体和F-P干涉的磁场强度传感器,以及基于AAWG和FBG的准分布式无线光纤温度传感系统。本论文完成了如下工作:  1根据新兴的纳米磁流体材料,提出了一种新型的基于F-P干涉的光纤磁场传感系统。镀有SU-8光刻胶的光纤端面会形成基于F-P干涉的传感器。用宽带光源照射,传感器可以反射波长——强度的光谱。因纳米磁流体的折射率在不同的磁场中会发生变化,故而将传感器浸入到磁流体中,并对磁流体周围加可变的电磁场,可以得到条纹对比度与磁场强度的关系。基于该理论,本实验包括在不同浓度下的磁流体中,传感器反射谱的条纹对比度与磁场强度的关系。实验中得到的数据进一步说明了适当低浓度的磁流体更为适合做磁场强度的传感实验。实验同时对传感器的精度和稳定性进行了论述,得出传感器精度约为0.75Oe/0.01dB。纳米磁流体中的表面活性剂和SU-8光刻胶的损耗系数均有可能影响传感器精度,因此,优化纳米磁流体和F-P干涉腔将会提高传感器稳定性和精度。  2研究和制作了基于AAWG和FBG的准分布式无线光纤温度传感系统。系统对本小组中提出的AWG解调FBG准分布式光纤传感原理进行了进一步优化,提出了使用热不敏感阵列波导光栅AAWG进行串联FBG反射光的解调,消除了传统AWG受温度影响的缺陷。系统中使用了差分8通道复用器对16路信号差分选择输入,大大节省了系统的成本,减小了系统占用空间。系统利用CC1101无线射频芯片进行信号的无线传送,大大提高了灵活性。采用Labview虚拟仪器技术编写温度监控软件,进行信号的接收、显示以及报警,实现了温度传感系统的实用化与智能化的研究。在对传感系统测温精度的研究中发现,在70℃的以下的环境中,传感系统测温标准差不超过0.5℃。系统在同一温度环境长时间测温后,温度也不会发生较大波动,由此说明系统的稳定性较好。
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