《光纖光柵感測原理及套用》是2011年國防工業出版社出版的圖書，作者是吳朝霞、吳飛。
基本介紹
- 中文名：光纖光柵感測原理及套用
- 國籍：中國
- 定價：32
- 作者：吳朝霞
圖書信息,內容簡介,目錄,
圖書信息
光纖光柵感測原理及套用定 價：￥32.00
作 者：吳朝霞，吳飛 著
出 版 社：國防工業出版社
出版時間：2011-3-1
開 本：大32開
I S B N：9787118046083
內容簡介
光纖光柵具有不受電磁干擾及光路光強波動影響、波長絕對編碼和易於實現分散式感測等突出優點，自出現以來已經得到了迅速發展，首先在光纖通信及光纖感測領域獲得了廣泛套用，並將隨著全光通信網路和光纖感測技術的發展發揮越來越重要的作用。
在光纖通信方面，由於光纖光柵自身結構決定，便於實現波分、時分、空分復用和容易與光纖及其他光學器件連線，可直接參與光譜分析、光學通信、光學編碼，在此基礎上可以構成大型通信感測網路。在光纖感測方面，光纖光柵為光纖感測技術開闢了一個新的套用研究領域，採用適當的封裝技術可以實現溫度、應變、壓力、位移、加速度、電流、電壓、磁場、濃度等多參量的測量。進一步研究表明，這種元件可用來埋入被測結構內部或貼上其表面，對大型工程結構進行實時健康監測，及時識別結構損傷，對可能出現的災害提前預警，對提高結構的安全性和可靠性具有重大的科學意義和顯著的套用價值。
目錄
第1 章 緒論……………… 1
1.1 引言……………… 1
1.2 光纖光柵的發展與分類………… 2
1.2.1 光纖光柵感測技術的發展……… 2
1.2.2 光纖光柵的分類………… 4
1.3 光纖光柵在感測領域中的套用……… 7
1.4 光纖光柵製作技術………… 8
1.4.1 干涉寫入法………… 8
1.4.2 逐點寫入法………… 9
1.4.3 組合寫入法………… 9
1.5 光纖光柵退火及穩定性評價……… 11
1.5.1 光纖光柵衰變模型………… 11
1.5.2 光纖光柵退火實驗………… 12
1.6 光纖光柵封裝技術………… 14
1.6.1 保護性封裝………… 14
1.6.2 敏化封裝…………… 16
1.6.3 補償性封裝………… 21
參考文獻……………… 23
第2 章 光纖光柵感測特性分析………… 28
2.1 光纖光柵的理論模型………… 28
2.2 光纖光柵軸向應變特性分析……… 31
2.2.1 軸向均勻應變作用下光纖光柵特性分析… 31
2.2.2 軸向非均勻應變作用下光纖光柵特性分析… 34
2.2.3 光纖光柵軸向受力實驗……… 38
2.3 光纖光柵溫度特性分析………… 41
2.4 光纖光柵交叉敏感特性………… 42
2.5 光纖光柵橫向受力特性分析……… 43
2.5.1 光纖光柵橫向均勻受力特性分析…… 43
2.5.2 光纖光柵橫向局部受力特性分析…… 49
2.5.3 光纖光柵橫向不均勻受力特性分析…… 65
2.5.4 光纖光柵橫向受力實驗……… 73
2.6 光纖光柵扭轉特性分析………… 80
2.6.1 高雙折射光纖光柵扭轉模型……… 80
2.6.2 光纖光柵扭轉特性實驗……… 84
參考文獻……………… 88
第3 章新型光纖光柵感測器………… 91
3. 1 光纖光柵埋入式應變感測器……… 91
3. 1. 1 應變傳遞分析………… 91
3. 1. 2 結構設計…………… 96
3. 1. 3 性能測試…………… 97
3. 2 光纖光柵溫度感測器………… 99
3. 2. 1 結構設計…………… 99
3. 2. 2 性能測試………… 101
3. 3 光纖光柵應變和溫度同時測量感測器…… 102
3. 3. 1 基於預應變的FBG 感測頭設計…… 103
3. 3. 2 溫度和應變特性標定實驗……… 105
3.4 光纖光柵位移感測器………… 108
3.5 光纖光柵加速度感測器………… 111
3.6 基於懸臂樑的光纖光柵振動感測器……… 114
3.7 光纖光柵剪力感測器………… 116
3.7.1 理論分析………… 117
3.7.2 實驗標定分析………… 119
3.8 光纖光柵流量感測器………… 120
3.8.1 渦街流量感測器測量原理……… 120
3.8.2 靶式FBG 流量感測器……… 123
3.9 光纖光柵化學感測器………… 125
3.9.1 溫濕度測量原理及結構設計…… 126
3.9.2 溫濕度測量實驗及結果……… 127
3.10 光纖光柵電磁感測器………… 128
3.10.1 測量系統結構………… 129
3.10.2 標定及結果分析………… 130
參考文獻……………… 132
第4 章光纖光柵感測網路復用技術……… 135
4.1 光纖光柵感測網路組成………… 135
4.1.1 光纖光柵感測網路的一般形式…… 135
4.1.2 光纖無源器件………… 136
4.1.3 光纖有源器件………… 140
4.2 光纖光柵的復用技術………… 144
4.2.1 波分復用系統(WDM)……… 144
4.2.2 空分復用系統(SDM) ……… 145
4.2.3 時分復用系統(TDM) ……… 146
4.2.4 混合復用系統………… 147
4.2.5 連續波調頻技術復用系統(FMCW) …… 149
參考文獻……………… 154
第5 章光纖光柵解調技術………… 158
5.1 靜態解調方法…………… 158
5.1.1 匹配光纖光柵濾波解調……… 158
5.1.2 可調諧光纖F - P 濾波器檢測法…… 160
5.1.3 可調窄帶光源檢測法……… 161
5.2 動態解調法…………… 162
5.2.1 干涉解調法………… 162
5.2.2 邊沿濾波法………… 164
5.2.3 啁啾光纖光柵解調法……… 166
5.3 基於F - P 濾波器技術的分散式FBG解調系統的設計…………… 167
5.3.1 解調系統總體結構……… 167
5.3.2 解調系統技術分析……… 167
5.3.3 系統復用原理………… 168
5.3.4 系統復用特性分析……… 170
5.4 光纖光柵感測網路解調實驗……… 173
5.4.1 基於F - P 濾波技術的應變解調實驗… 173
5.4.2 基於FMCW 技術的振動解調實驗…… 176
參考文獻……………… 177
第6 章 最佳化算法在光纖光柵譜型分析中的套用…… 180
6.1 遺傳算法在光纖光柵中的套用……… 180
6.1.1 遺傳算法的基本原理……… 180
6.1.2 基於遺傳算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 182
6.1.3 基於遺傳算法光纖光柵橫向均勻受力反射譜尋優………… 191
6.2 蟻群算法在光纖光柵中的套用……… 194
6.2.1 蟻群算法的基本原理……… 194
6.2.2 基於蟻群算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 198
6.3 粒子群算法在光纖光柵中的套用……… 202
6.3.1 粒子群算法基本原理……… 202
6.3.2 基於粒子群算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 205
6.3.3 基於粒子群算法光纖光柵橫向均勻受力反射譜尋優………… 205
6.4 和聲搜尋算法在光纖光柵中的套用……… 207
6.4.1 和聲搜尋算法基本原理……… 207
6.4.2 基於AHS 算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 213
6.4.3 基於AHS 算法光纖光柵橫向均勻受力反射譜尋優………… 214
6.5 最佳化算法在光纖光柵中的套用實驗……… 215
6.5.1 光纖光柵橫向均勻受力蟻群算法譜型分析實驗………… 215
6.5.2 光纖光柵橫向均勻受力遺傳算法譜型分析實驗………… 217
6.5.3 光纖光柵軸向均勻受力AHS 算法譜型分析實驗………… 218
6.5.4 光纖光柵橫向均勻受力AHS 算法譜型分析實驗………… 220
參考文獻……………… 222
第7 章 光纖光柵感測器工程套用………… 226
7.1 光纖光柵感測器在橋樑狀態監測中的套用…… 226
7.1.1 橋樑工況及監測內容……… 226
7.1.2 FBG 感測器在斜拉橋施工中的套用…… 228
7.1.3 FBG 感測器在斜拉橋靜載試驗中的套用… 237
7.1.4 FBG 感測器在斜拉橋動載試驗中的套用… 241
7.2 光纖光柵感測器在大壩監測中的套用…… 247
7.2.1 設計依據與原則………… 248
7.2.2 安全監測設計………… 248
7.2.3 監測系統組成………… 254
7.2.4 設計實例………… 255
7.3 光纖光柵在航空航天材料結構健康監測中的套用… 259
7.3.1 航空航天用複合材料簡介……… 259
7.3.2 光纖光柵感測器在航空航天健康
監測中的套用………… 261
7.4 光纖光柵感測器在石油工業中的套用…… 265
7.4.1 測井技術………… 265
7.4.2 火災報警………… 268
參考文獻……………… 271
1.1 引言……………… 1
1.2 光纖光柵的發展與分類………… 2
1.2.1 光纖光柵感測技術的發展……… 2
1.2.2 光纖光柵的分類………… 4
1.3 光纖光柵在感測領域中的套用……… 7
1.4 光纖光柵製作技術………… 8
1.4.1 干涉寫入法………… 8
1.4.2 逐點寫入法………… 9
1.4.3 組合寫入法………… 9
1.5 光纖光柵退火及穩定性評價……… 11
1.5.1 光纖光柵衰變模型………… 11
1.5.2 光纖光柵退火實驗………… 12
1.6 光纖光柵封裝技術………… 14
1.6.1 保護性封裝………… 14
1.6.2 敏化封裝…………… 16
1.6.3 補償性封裝………… 21
參考文獻……………… 23
第2 章 光纖光柵感測特性分析………… 28
2.1 光纖光柵的理論模型………… 28
2.2 光纖光柵軸向應變特性分析……… 31
2.2.1 軸向均勻應變作用下光纖光柵特性分析… 31
2.2.2 軸向非均勻應變作用下光纖光柵特性分析… 34
2.2.3 光纖光柵軸向受力實驗……… 38
2.3 光纖光柵溫度特性分析………… 41
2.4 光纖光柵交叉敏感特性………… 42
2.5 光纖光柵橫向受力特性分析……… 43
2.5.1 光纖光柵橫向均勻受力特性分析…… 43
2.5.2 光纖光柵橫向局部受力特性分析…… 49
2.5.3 光纖光柵橫向不均勻受力特性分析…… 65
2.5.4 光纖光柵橫向受力實驗……… 73
2.6 光纖光柵扭轉特性分析………… 80
2.6.1 高雙折射光纖光柵扭轉模型……… 80
2.6.2 光纖光柵扭轉特性實驗……… 84
參考文獻……………… 88
第3 章新型光纖光柵感測器………… 91
3. 1 光纖光柵埋入式應變感測器……… 91
3. 1. 1 應變傳遞分析………… 91
3. 1. 2 結構設計…………… 96
3. 1. 3 性能測試…………… 97
3. 2 光纖光柵溫度感測器………… 99
3. 2. 1 結構設計…………… 99
3. 2. 2 性能測試………… 101
3. 3 光纖光柵應變和溫度同時測量感測器…… 102
3. 3. 1 基於預應變的FBG 感測頭設計…… 103
3. 3. 2 溫度和應變特性標定實驗……… 105
3.4 光纖光柵位移感測器………… 108
3.5 光纖光柵加速度感測器………… 111
3.6 基於懸臂樑的光纖光柵振動感測器……… 114
3.7 光纖光柵剪力感測器………… 116
3.7.1 理論分析………… 117
3.7.2 實驗標定分析………… 119
3.8 光纖光柵流量感測器………… 120
3.8.1 渦街流量感測器測量原理……… 120
3.8.2 靶式FBG 流量感測器……… 123
3.9 光纖光柵化學感測器………… 125
3.9.1 溫濕度測量原理及結構設計…… 126
3.9.2 溫濕度測量實驗及結果……… 127
3.10 光纖光柵電磁感測器………… 128
3.10.1 測量系統結構………… 129
3.10.2 標定及結果分析………… 130
參考文獻……………… 132
第4 章光纖光柵感測網路復用技術……… 135
4.1 光纖光柵感測網路組成………… 135
4.1.1 光纖光柵感測網路的一般形式…… 135
4.1.2 光纖無源器件………… 136
4.1.3 光纖有源器件………… 140
4.2 光纖光柵的復用技術………… 144
4.2.1 波分復用系統(WDM)……… 144
4.2.2 空分復用系統(SDM) ……… 145
4.2.3 時分復用系統(TDM) ……… 146
4.2.4 混合復用系統………… 147
4.2.5 連續波調頻技術復用系統(FMCW) …… 149
參考文獻……………… 154
第5 章光纖光柵解調技術………… 158
5.1 靜態解調方法…………… 158
5.1.1 匹配光纖光柵濾波解調……… 158
5.1.2 可調諧光纖F - P 濾波器檢測法…… 160
5.1.3 可調窄帶光源檢測法……… 161
5.2 動態解調法…………… 162
5.2.1 干涉解調法………… 162
5.2.2 邊沿濾波法………… 164
5.2.3 啁啾光纖光柵解調法……… 166
5.3 基於F - P 濾波器技術的分散式FBG解調系統的設計…………… 167
5.3.1 解調系統總體結構……… 167
5.3.2 解調系統技術分析……… 167
5.3.3 系統復用原理………… 168
5.3.4 系統復用特性分析……… 170
5.4 光纖光柵感測網路解調實驗……… 173
5.4.1 基於F - P 濾波技術的應變解調實驗… 173
5.4.2 基於FMCW 技術的振動解調實驗…… 176
參考文獻……………… 177
第6 章 最佳化算法在光纖光柵譜型分析中的套用…… 180
6.1 遺傳算法在光纖光柵中的套用……… 180
6.1.1 遺傳算法的基本原理……… 180
6.1.2 基於遺傳算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 182
6.1.3 基於遺傳算法光纖光柵橫向均勻受力反射譜尋優………… 191
6.2 蟻群算法在光纖光柵中的套用……… 194
6.2.1 蟻群算法的基本原理……… 194
6.2.2 基於蟻群算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 198
6.3 粒子群算法在光纖光柵中的套用……… 202
6.3.1 粒子群算法基本原理……… 202
6.3.2 基於粒子群算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 205
6.3.3 基於粒子群算法光纖光柵橫向均勻受力反射譜尋優………… 205
6.4 和聲搜尋算法在光纖光柵中的套用……… 207
6.4.1 和聲搜尋算法基本原理……… 207
6.4.2 基於AHS 算法光纖光柵軸向均勻受力反射譜尋優………… 213
6.4.3 基於AHS 算法光纖光柵橫向均勻受力反射譜尋優………… 214
6.5 最佳化算法在光纖光柵中的套用實驗……… 215
6.5.1 光纖光柵橫向均勻受力蟻群算法譜型分析實驗………… 215
6.5.2 光纖光柵橫向均勻受力遺傳算法譜型分析實驗………… 217
6.5.3 光纖光柵軸向均勻受力AHS 算法譜型分析實驗………… 218
6.5.4 光纖光柵橫向均勻受力AHS 算法譜型分析實驗………… 220
參考文獻……………… 222
第7 章 光纖光柵感測器工程套用………… 226
7.1 光纖光柵感測器在橋樑狀態監測中的套用…… 226
7.1.1 橋樑工況及監測內容……… 226
7.1.2 FBG 感測器在斜拉橋施工中的套用…… 228
7.1.3 FBG 感測器在斜拉橋靜載試驗中的套用… 237
7.1.4 FBG 感測器在斜拉橋動載試驗中的套用… 241
7.2 光纖光柵感測器在大壩監測中的套用…… 247
7.2.1 設計依據與原則………… 248
7.2.2 安全監測設計………… 248
7.2.3 監測系統組成………… 254
7.2.4 設計實例………… 255
7.3 光纖光柵在航空航天材料結構健康監測中的套用… 259
7.3.1 航空航天用複合材料簡介……… 259
7.3.2 光纖光柵感測器在航空航天健康
監測中的套用………… 261
7.4 光纖光柵感測器在石油工業中的套用…… 265
7.4.1 測井技術………… 265
7.4.2 火災報警………… 268
參考文獻……………… 271
