光纤光栅传感原理及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 光纤光栅的发展与分类 2

1.2.1 光纤光栅传感技术的发展 2

1.2.2 光纤光栅的分类 4

1.3 光纤光栅在传感领域中的应用 7

1.4 光纤光栅制作技术 8

1.4.1 干涉写入法 8

1.4.2 逐点写入法 9

1.4.3 组合写入法 9

1.5 光纤光栅退火及稳定性评价 11

1.5.1 光纤光栅衰变模型 11

1.5.2 光纤光栅退火实验 12

1.6 光纤光栅封装技术 14

1.6.1 保护性封装 14

1.6.2 敏化封装 16

1.6.3 补偿性封装 21

参考文献 23

第2章 光纤光栅传感特性分析 28

2.1 光纤光栅的理论模型 28

2.2 光纤光栅轴向应变特性分析 31

2.2.1 轴向均匀应变作用下光纤光栅特性分析 31

2.2.2 轴向非均匀应变作用下光纤光栅特性分析 34

2.2.3 光纤光栅轴向受力实验 38

2.3 光纤光栅温度特性分析 41

2.4 光纤光栅交叉敏感特性 42

2.5 光纤光栅横向受力特性分析 43

2.5.1 光纤光栅横向均匀受力特性分析 43

2.5.2 光纤光栅横向局部受力特性分析 49

2.5.3 光纤光栅横向不均匀受力特性分析 65

2.5.4 光纤光栅横向受力实验 73

2.6 光纤光栅扭转特性分析 80

2.6.1 高双折射光纤光栅扭转模型 80

2.6.2 光纤光栅扭转特性实验 84

参考文献 88

第3章 新型光纤光栅传感器 91

3.1 光纤光栅埋入式应变传感器 91

3.1.1 应变传递分析 91

3.1.2 结构设计 96

3.1.3 性能测试 97

3.2 光纤光栅温度传感器 99

3.2.1 结构设计 99

3.2.2 性能测试 101

3.3 光纤光栅应变和温度同时测量传感器 102

3.3.1 基于预应变的FBG传感头设计 103

3.3.2 温度和应变特性标定实验 105

3.4 光纤光栅位移传感器 108

3.5 光纤光栅加速度传感器 111

3.6 基于悬臂梁的光纤光栅振动传感器 114

3.7 光纤光栅剪力传感器 116

3.7.1 理论分析 117

3.7.2 实验标定分析 119

3.8 光纤光栅流量传感器 120

3.8.1 涡街流量传感器测量原理 120

3.8.2 靶式FBG流量传感器 123

3.9 光纤光栅化学传感器 125

3.9.1 温湿度测量原理及结构设计 126

3.9.2 温湿度测量实验及结果 127

3.10 光纤光栅电磁传感器 128

3.10.1 测量系统结构 129

3.10.2 标定及结果分析 130

参考文献 132

第4章 光纤光栅传感网络复用技术 135

4.1 光纤光栅传感网络组成 135

4.1.1 光纤光栅传感网络的一般形式 135

4.1.2 光纤无源器件 136

4.1.3 光纤有源器件 140

4.2 光纤光栅的复用技术 144

4.2.1 波分复用系统（WDM） 144

4.2.2 空分复用系统（SDM） 145

4.2.3 时分复用系统（TDM） 146

4.2.4 混合复用系统 147

4.2.5 连续波调频技术复用系统（FMCW） 149

参考文献 154

第5章 光纤光栅解调技术 158

5.1 静态解调方法 158

5.1.1 匹配光纤光栅滤波解调 158

5.1.2 可调谐光纤F-P滤波器检测法 160

5.1.3 可调窄带光源检测法 161

5.2 动态解调法 162

5.2.1 干涉解调法 162

5.2.2 边沿滤波法 164

5.2.3 啁啾光纤光栅解调法 166

5.3 基于F-P滤波器技术的分布式FBG解调系统的设计 167

5.3.1 解调系统总体结构 167

5.3.2 解调系统技术分析 167

5.3.3 系统复用原理 168

5.3.4 系统复用特性分析 170

5.4 光纤光栅传感网络解调实验 173

5.4.1 基于F-P滤波技术的应变解调实验 173

5.4.2 基于FMCW技术的振动解调实验 176

参考文献 177

第6章 优化算法在光纤光栅谱型分析中的应用 180

6.1 遗传算法在光纤光栅中的应用 180

6.1.1 遗传算法的基本原理 180

6.1.2 基于遗传算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优 182

6.1.3 基于遗传算法光纤光栅横向均匀受力反射谱寻优 191

6.2 蚁群算法在光纤光栅中的应用 194

6.2.1 蚁群算法的基本原理 194

6.2.2 基于蚁群算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优 198

6.3 粒子群算法在光纤光栅中的应用 202

6.3.1 粒子群算法基本原理 202

6.3.2 基于粒子群算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优 205

6.3.3 基于粒子群算法光纤光栅横向均匀受力反射谱寻优 205

6.4 和声搜索算法在光纤光栅中的应用 207

6.4.1 和声搜索算法基本原理 207

6.4.2 基于AHS算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优 213

6.4.3 基于AHS算法光纤光栅横向均匀受力反射谱寻优 214

6.5 优化算法在光纤光栅中的应用实验 215

6.5.1 光纤光栅横向均匀受力蚁群算法谱型分析实验 215

6.5.2 光纤光栅横向均匀受力遗传算法谱型分析实验 217

6.5.3 光纤光栅轴向均匀受力AHS算法谱型分析实验 218

6.5.4 光纤光栅横向均匀受力AHS算法谱型分析实验 220

参考文献 222

第7章 光纤光栅传感器工程应用 226

7.1 光纤光栅传感器在桥梁状态监测中的应用 226

7.1.1 桥梁工况及监测内容 226

7.1.2 FBG传感器在斜拉桥施工中的应用 228

7.1.3 FBG传感器在斜拉桥静载试验中的应用 237

7.1.4 FBG传感器在斜拉桥动载试验中的应用 241

7.2 光纤光栅传感器在大坝监测中的应用 247

7.2.1 设计依据与原则 248

7.2.2 安全监测设计 248

7.2.3 监测系统组成 254

7.2.4 设计实例 255

7.3 光纤光栅在航空航天材料结构健康监测中的应用 259

7.3.1 航空航天用复合材料简介 259

7.3.2 光纤光栅传感器在航空航天健康监测中的应用 261

7.4 光纤光栅传感器在石油工业中的应用 265

7.4.1 测井技术 265

7.4.2 火灾报警 268

参考文献 271