《基於偏振依賴損耗特性分析的光纖光柵扭轉感測器研究》是依託南京師範大學，由汪弋平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於偏振依賴損耗特性分析的光纖光柵扭轉感測器研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：汪弋平
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
扭轉的直接測量是光纖布拉格光柵(FBG)感測器的一項技術難題，其主要瓶頸在於普通FBG的光譜對扭轉的變化極不敏感。然而,本課題組前期的研究表明,扭轉能對FBG產生顯著的偏振效應，其中，偏振依賴損耗(PDL)特性對扭轉的回響尤其敏感，比FBG傳統的光譜分析更適用於扭轉測量。本項目擬採用FBG的PDL特性分析來實現扭轉的測量，具體內容包括：研究扭轉作用下FBG的PDL參數的回響機制，建立基於FBG的PDL特性分析的扭轉感測理論模型；研究FBG的主要參數對這種感測器的性能影響，最佳化感測器的參數設計；通過對溫度、應變以及扭轉方向對FBG的PDL特性變化的研究，提出對溫度和應變不敏感，能同時測量扭轉角大小和方向的感測方法，並設計低成本的感測解調方案。本項目旨在揭示扭轉作用下普通FBG的PDL參數的回響機制，為利用普通FBG實現扭轉的直接測量提供新的理論和方法，在結構安全監測領域具有廣闊的套用前景。
結題摘要
光纖布拉格光柵(FBG)感測器的研究在近幾十年被地廣泛開展。大多數的FBG感測器都被用於軸向應變的感測。然而，在橋樑、建築的健康監測等領域，FBG用於扭轉角的測量同樣引人注目。普通的FBG用於扭轉角測量的瓶頸主要在於其極低的靈敏度。然而，最近的研究表明，FBG的偏振依賴損耗(PDL)特性對扭轉角的回響十分敏感，因此比傳統的光譜分析的方法更適用於扭轉角的感測。本項目利用普通FBG的PDL特性實現了扭轉角的感測。項目所完成的主要研究內容包括確立了FBG的PDL參數對扭轉角的回響機制，建立了基於FBG的PDL分析的扭轉感測器的理論模型。項目還通過分析FBG的主要參數對其感測性能的影響，確立和最佳化了用於扭轉感測的FBG的主要設計參數。最終，我們提出和實現了對溫度和應變不敏感的基於FBG的PDL分析的扭轉角大小和方向的同時測量。實驗結果表明，FBG的PDL主瓣的幅度對扭轉角十分敏感，和理論預測相符，其PDL曲線的兩個主瓣的最大值的差值與扭轉角呈良好的線性關係。因此該感測器被證明可以用於扭轉角大小和方向的同時測量。當光纖受扭轉長度為1cm的時候，實驗獲得了0.955dB/rad的靈敏度。如果利用長周期光纖光柵(LPG)替換普通的FBG作為感測單元，則感測靈敏度還可以進一步提升至1.911 dB/rad。本項目為利用普通FBG進行扭轉角的感測提供了新的理論和實現方法，該感測器在結構健康監測領域具有很大的套用前景。需要指出的是，利用偏振分析的方法，FBG感測器還可以用於橫向壓力的測量。
