研究生光纤光栅传感读书报告

1、东南大学 王禹欣论文列表题目作者及单位年份光纤光栅技术及其在WDM全光网中的应用研究何瑾琳 东南大学2000光纤光栅光谱特性及其在WDM全光网中的应用研究徐新华 东南大学2003新型光纤光栅传感技术研究庞丹丹 山东大学2014光纤光栅传感信号解调技术研究进展吴晶等 海军工程大学2014光纤光栅应力传感器信号检测中的双值问题研究陆青等 中国科学院2004一种快速光纤光栅匹配解调系统的研究贾振安等 西安石油大学2012基于分布式光纤光栅传感的温度测量系统陈曦等 重庆电力公司2014优化光纤光栅传感器匹配光栅解调方法研究詹亚歌等 中国科学院2004基于四并联光栅匹配滤波解调系统的研究王平等 西安邮电

2、大学2014振动/温度光纤光栅传感器技术研究贾艳丽 西安理工大学2008光纤传感系统及网络关键技术研究韦朴 东南大学20111 学习概述1.1 基本概念梳理1.1.1 光纤光栅是一种通过一定方法使得光纤纤芯的折射率延轴向产生周期性调制的而形成的衍射光栅，形成的是永久性空间的相位光栅，作用相当于一种纤芯内无源窄带滤波器或者反射镜。当一组光谱光经过光纤光栅时，满足布拉格条件的波长产生反射，其余透过光栅继续传输。光纤光栅主要分为短周期和长周期两类，其中短周期以光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating)为最具发展前景的无源器件，利用其特性发展的基于光纤光栅的耐温传感系统进行高温检测等应用

3、具有广阔的前景。1.1.2 均匀布拉格光栅（FBG）是在单模光纤中使纤芯折射率发生周期性变化而形成的。当光在光纤中传播时，光会在每个光栅面处散射，如果不满足布拉格条件，由依次排列的光栅平面反射的光相位将会逐渐变得不同，直到最后相互抵消。满足布拉格条件的波长的光，由每个光栅平面反射后叠加，最后会形成一个反射峰，其中心波长由光栅参数决定。温度、压力等外界因素会导致光纤光栅的反射波长发生偏移。1.1.3 WDM全光网是克服“电子瓶颈”的重要方式，在传输过程中避免了光电转化过程，两端只需要在波长上建立连接，那么任意格式和速率的信号都可以进行传输，不受内容限制。WDM全光网关键器件及技术：1.1.3.1

4、 OADM光插分复用器在传输路径中，将本地需要的波长从光信号中剥离，将本地需要发送的光信号复用到WDM信号中去，具有选择透明性。1.1.3.2 OXC光交叉连接是全光网的核心器件，直接在光域实现高速光信号的路由选择、网络恢复等，无需O/E/O转化处理。其中的核心是光开关。1.1.3.3 光放大器1.2 近年研究主要方向和热点1.2.1 光纤光栅传感模型及理论：基于耦合模的分析理论是光纤光栅传感中比较严格的理论体系，但由于其计算繁琐复杂，能够得到的解析解十分有限1.2.2 光纤光栅的敏化与封装技术：由于光纤光栅本身的机械强度有限，并且力学敏感度和温度敏感系数低，以及交叉敏感效应的存在，要将其应用

5、于实际的工程测量中，必须进行敏化和封装1.2.3 光纤光栅传感器及传感技术：在工程应用中，需要针对测量的参数类型、性质、分布等要求，对光纤光栅传感器的结构进行特殊的设计，来保证检测结果的准确性和可重复性1.2.4 信号解调与传感网系统：高精度低成本的波长检测技术是信号解调的应用基础，而分布式、多参量、多功能感测的传感网络则是大型结构体实时检测的未来趋势1.3 光纤光栅解调技术信号检测是传感系统中的关键技术之一。光纤光栅传感信号的解调方案包括强度解调、相位解调、频率解调、偏振解调和波长解调。其中波长解调技术将信号进行波长编码，中心波长处窄带反射，不必对光纤连接器和耦合器损耗以及光源输出功率进行补

6、偿，使其得到广泛应用。1.3.1 光谱仪和多波长计检测方法光谱分析仪通过调节衍射光栅的角度，使其分离出不同的波长，分离出的波长由反射镜聚焦到探测器。旋转衍射光栅可对波长范围进行扫描。多波长计，利用利用光波的干涉效应将同相位的光信号加强的原理，来对不同的光波进行区分。1.3.2 边缘滤波器检测法边缘滤波器的输出光强的变换量与波长漂移量成正比，将反射回的光分束送到两个不平衡的滤波器，将经过滤波器的光强相除，即得到包含波长移位信息的结果。这是一种基于光强的检测。1.3.3 可调谐滤波检测法FTFFP：通过压电陶瓷精确移动平面镜的间距，改变Fabry-Perot腔的腔长，从而实现滤波器的调谐；AOTF

7、：由射频驱动的频率可调谐的固态光滤波器，波长调谐范围可宽至几毫米。1.3.4 匹配光栅检测法在监测端设置一参考光栅，其光栅常数与传感光栅相同。参考光栅贴于一外加扫描电压的压电陶瓷上。传感光栅的自由态对应光探测器输出幅度最高。当传感光栅感应外界温度和应变时，中心波长移位，参考光栅发射度下降，信号发生器工作，使参考光栅重新达到原有值，这时的扫面电压对应一定的外界物理量。该方案噪声低，但光损耗较大，只适合低频测量。1.3.5 波长可调谐光源检测法窄带可调谐光输入光纤光栅，并周期性地扫描其输出波长来获取其反射谱或透射谱，由每次扫描的光强最强时的扫描电压可知相应的波长值。1.3.6 CCD分光仪检测法利

8、用衍射光栅等分光元件，将传感光栅的反射光谱或透射谱经过透镜准直后在空间展开，再用CCD同时直接测出波长的相对光强。接受到的波长被转化为沿探测单元阵列的位置信息，波长分辨率由像素宽度描述的探测器表面光栅线性色散决定。2 精读论文概述2.1 光纤光栅技术及其在WDM全光网中的应用研究. 何瑾琳. 东南大学2.1.1 主要内容2.1.1.1 光纤光栅基本理论介绍本章主要对已有的光纤光栅技术进行综述分析。首先，介绍光纤光栅传感的关键器件，并进行对比。其次，对光纤光栅相关技术进行综述，包括相关概念的论述以及对几类光纤光栅分析方法进行评估，得到耦合模理论的合理性和实用性。另外，本文对光纤光栅的分类和工艺进

9、行阐述。接下来，有关光纤光栅的应用方面，全面介绍了光纤光栅在激光器、滤波器、色散补偿、波长选择器以及温度压力传感器上的应用现状。2.1.1.2 光纤光栅基本理论及其特性本章以耦合模理论为基础，从耦合模方程出发，建立描述光纤光栅特性的数学物理模型。在此基础上，研究了均匀和非均匀布拉格光纤光栅的光谱特性，分析了各项光栅参数对光谱特性的影响；讨论了外界物理量（如温度、压力等）对光栅特性的影响。虽然只有在少数几种情况下，如方形波导、圆波导这类能求出解析解，但是我们可以借助这些规则波导的解析解，研究一些比较复杂的无法直接求解的光波导，也就是说可以把复杂的分解成可以求解的光波导受到微扰而成的。这就是本文所

10、推导的耦合模方程的思想，避开了麦克斯韦方程组的复杂求解，理论基础在于各个模式具有正交性。对于FBG的滤波特性，在均匀光纤光栅情况下：光栅长度一定，光栅发射率随着耦合系数的减小而减小，包括中心波长和旁瓣，反射光谱宽度也变窄；在耦合系数一定的情况下，光栅长度的减小导致了峰值反射率的降低， 对反射谱的带宽的影响不明显。对于非均匀的光纤光栅：（1）切趾光栅：其折射率变化实现光栅两端的折射率匹配，能够帮助抑制旁瓣的反射率，参数合理的升余弦函数和线性函数的滤波效果比较理想。（2）啁啾影响：引入啁啾可以有效增加带宽，但是随啁啾系数的增大，峰值反射率近似线性下降，并且可能导致不对称性。（3）突变相位：在光栅中

11、心插入一相移后，光栅反射谱的滤波特性有了明显变化，在中心波长处产生一窄通带，相当于开了一透射窗口；另外，随着耦合系数的减小，通带带宽增大，但同时整个光谱的反射率也相应减小。（4）倾斜角：开始随着倾斜角的增大，光栅的反射带宽和峰值反射率呈减小趋势，此后光栅的这两项谱特性随倾斜角增大呈起伏变化，在某些特定倾斜角上达到最小，与倾斜因子变化趋势一致。（5）取样光栅：反射谱呈多峰结构，主反射峰的波长间距随取样周期的减小而增大。随着占空比的减小，取样光栅反射谱的主峰峰值反射率降低，次峰的峰值反射率增大对于光纤光栅的应变与温度特性分析，首先从应力光学出发，研究应变特性，得到其轴向应变下折射率的变化，并且发现

12、，一定包层参数下长周期光纤光栅对应变的敏感度相对较低。定义光栅的温度灵敏度为单位温度变化下光栅谐振波长的偏移量，类似的得到光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅的温度灵敏度表达式，并且，长周期光纤光栅的温度灵敏度也与包层参数有关，参数变化会导致其对温度同样相对不敏感。我们可以利用对包层参数的设定，解决交叉敏感的问题。2.1.1.3 相移长周期光纤光栅根据耦合模理论，非均匀的长周期光纤光栅可以利用传输矩阵法，即微元的细想，得到其内部光传播的信息。以此作为分析的基础。对相移长周期光纤光栅的滤波特性，讨论了相移大小、位置、个数以及耦合系数、切趾函数对光谱特性的影响。光分插复用技术现已有多种研究出的结构类型，

13、效果较好的环形器由于其价格昂贵，在使用上还不够普及，一般考虑用相移长周期光纤光栅这一类传输型带阻滤波器作为OADM 的滤波单元。本文提出了几种基于相移长周期光纤光栅带阻滤波器的新型OADM结构。在优化级联LPG的基础上，得到了多个信道阻带等间距排列的输出光谱，可以将其作为带阻滤波器构成OADM 的波长选择单元。本文讨论了几类基于相移LPG 的OADM 结构配置，通过调整相移光栅参数，实现了对一个或多个波长信道的灵活上、下路功能。2.1.1.4 WDM网络中基于光纤光栅的波长路由器件的线性串扰本章主要研究光纤光栅作为滤波器应用于波长路由器件后引起的串扰问题以及串扰对系统性能的影响WDM网络主要是

14、基于波长路由的，各类路由引入的带间同频和异频干扰，会随信号积累，严重影响系统性能。WDM网络中串扰主要是线性和非线性的两大类，其中，非线性串扰主要由非线性光学效应引起，比较微弱有时可以忽略不计。线性串扰是由光滤波器和光开关等无源光器件的不完善引起信号泄漏造成的。本节推导了对于EDA前置放大器的IM/DD系统的影响，考虑了散弹噪声和接收机电路热噪声，得到串扰影响后的信噪比表达式。利用基于高斯分布近似的半经典理论，计算了系统误码特性。讨论了滤波器设计参数和WDM 系统参数对误码率、接收机灵敏度的影响。本文得到下面的结论：光栅的耦合系数是影响滤波器带宽和旁瓣幅度的主要因素，减小耦合系数可以提高接收机

15、灵敏度，达到改善误码性能的目的；光栅耦合系数一定，增大光栅长度可以提高滤波器峰值反射率，使主信道信号获得最大传输；加大WDM 信道间隔可减小串扰功率；减少系统中复用信道数也使得串扰的影响降低，从而提高了接收机灵敏度。总之，异频串扰对系统的误码性能影响较大，在设计基于光纤光栅的波分解复用器时，应优化光栅结构参数使滤波器选频特性最理想，并在接收机前端加上窄带滤波器以尽量减小异频串扰信道对系统的影响。对于OXC的同频串扰分析，本节讨论了光栅长度、光栅耦合系数等滤波器设计参数和接收机电带宽、激光器线宽等系统参数对系统功率代价的影响。结果发现，光栅旁瓣的幅度随耦合系数增大而增大；在耦合系数一定时，光栅长

16、度增大可以提高中心波长反射率，从而提高信噪比；功率代价随偏振因子增大而增大；外调制可以克服激光器频率啁啾、减小线宽；稳频技术可以保证激光器维持低漂移，使得功率代价可以保持在相对恒定的状态。2.1.1.5 光纤光栅在色散补偿中的应用本节主要分析的是两类光纤光栅在色散补偿中的应用：均匀光纤光栅和啁啾光纤光栅。一般色散补偿的方式有两类：利用色散补偿光纤，需要较长的补偿光纤才能抵消，并存在较大的损耗和非线性，而另一种是啁啾布拉格光栅，需要的长度仅仅是厘米级别，损耗小，成本低。首先，本节分析了高斯脉冲初始啁啾、初始脉宽对色散补偿能力的影响，发现，随着耦合系数和光栅长度的增加，可补偿光纤距离加大，并且光栅

17、色散补偿能力与脉冲的初始脉宽成正比，与初始啁啾成反比。在均匀光纤光栅基础上，分析了不同切趾函数光纤光栅的时延谱，发现切趾法可以有效的减小反射谱中振荡及时延谱中的抖动现象。定义了几个品质因素来全面分析衡量啁啾光纤光栅的色散补偿能力，发现sinc切趾光栅有最佳的综合性能。2.1.2 评论本文建立了统一的光纤光栅分析理论模型，其中，基于此综合的耦合模理论模型，对各种非均FBG的滤波特性分析以及光栅参数对光栅反射谱影响的规律是具有意义的。本文建立了基于光纤光栅复用器的OXC中有关同频串扰的分析模型，对不同类型串扰的共同作用下系统功率代价表达式进行了推导。对非啁啾光纤光栅各种参数的变化对色散补偿性能的影

18、响进行了分析，定义多个品质因素全面衡量色散补偿性能，并提出切趾型啁啾光纤光栅色散补偿器的优化方案。2.2 光纤光栅光谱特性及其在WDM全光网中的应用研究. 徐新华. 东南大学2.2.1 主要内容2.2.1.1 耦合模理论经典的耦合模理论可以精确的计算多数光纤光栅内场分布的问题。本章从有源麦克斯韦方程组出发，利用二维散度定理，根据微扰近似，讨论了正、反向传播模式，将横向场分量正交展开，得到耦合模方程。耦合模方程描述了系统中任何一个导模的慢变振幅沿传播方向的变化情况。若只考虑正反向传播的相同模式的耦合，可以简化耦合模方程。2.2.1.2 用包层模抑制光纤制作的光纤布拉格光栅研究背景：在用纤芯具有光

19、敏性的普通光纤制成的布拉格光栅中，正向传播的纤芯基模LP01不仅会与反向传播的纤芯基模耦合，还会与反向传播的包层模发生耦合。与反向包层模的耦合会在传输谱的短波长（较主反射峰）处形成一系列损耗峰，限制了光纤光栅在WDM全光网中的应用。本章所叙述的包层抑制光纤与普通光纤的区别就在于，纤芯和外包层之间多了一层光敏性的内包层。首先，根据耦合模理论推导出纤芯基模自身和纤芯与包层基模之间的耦合系数，针对短周期的光纤光栅对耦合模方程做出近似，得出耦合的相位匹配条件。下面的目的就是研究内包层对耦合系数即耦合强度的影响。由于内包层具有光敏性，则在内包层中也形成了光栅，这部分光栅使得正向传播的纤芯基模在内包层中的

20、功率与反向传播的纤芯基模在内包层中的功率发生交换，即耦合。从实验结果可以得出：光敏内包层不仅能抑制纤芯基模与包层模之间的耦合，同时还增强了纤芯基模之间的耦合，很好的达到了设计目的。2.2.1.3 线性啁啾摩尔光纤光栅由经典的耦合模理论，本文得到了线性啁啾摩尔光纤光栅的耦合模方程，并对其进行求解，计算几种参数下的光纤光栅的光谱特性和时延特性。实验表明，一个慢变包络的反射光谱无旁瓣且时延特性比较平滑；三个慢变包络的反射光谱，其中每个反射信道的时延特性与一个包络的相同，且存在两个传输窗口。作为DWDM系统的波长选择器件，本文基于线性啁啾摩尔光纤光栅设计光插分复用器OADM。为满足信道中心波长和波长间

21、隔的需求，设计标准的多信道色散补偿器件，可以采取每间隔一个慢变包络刻写一段光栅的方式。2.2.1.4 矩形折射率调制型长周期光纤光栅长周期光纤光栅可实现前向传播的纤芯导模与前向包层模之间的耦合，且无背向反射，可避免由它引起的光源震荡，因此具有良好的应用前景。长周期光纤光栅中，振幅掩膜法刻写的是矩形折射率调制的光纤光栅。将刻写的折射率函数用傅里叶级数展开，可以得到多个不同周期的正弦光栅叠加。根据长周期光纤光栅的特性，其耦合主要发生在正向传播的模式之间，因此可对经典的耦合方程近似，得到相位匹配条件。解此耦合方程，得到多个谐振峰，是有高次谐波引入的。与实验结果进行对比，结果发现，理论计算所得的光谱的

22、谐振峰处的反射率较高，实验中，由于光谱仪狭缝函数的限制，使得反射峰降低，同时峰宽被展宽。实验进一步验证了该模型的正确性。2.2.2 研究方法与应用本文是基于经典的耦合模理论，在三个不同的方向进行了一定研究，主要工作在于对耦合模方程和耦合系数在不同场景下的数学推导，再加以应用到三个领域中，由于之间的相互联系不大，具体不再赘述，见上部分。2.2.3 评论本文的总体构架是由经典的耦合模理论推导出发，推导出光敏性内包层、线性啁啾摩尔光纤光栅、以及矩形折射率光纤光栅所适用的耦合模方程，进而对相应问题进行解析。针对包层模抑制，本文还提到有两种方法：一是提高光敏光纤的数值孔径，二是在纤芯和包层间插入一层折射

23、率低的内包层，但这两种方案都因不能很好的在折射率结构上与光纤匹配而不能成为主流的方案。对于匹配问题，现在广为接受的是B/Ge共掺的内包层，使得在包层和纤芯的模场重叠区域内制造出一个均匀的光敏区域，在这个区域内光敏内包层下陷，减小其与基模和模场的重叠面积，进一步减小包层模的耦合。下陷越深、越宽，效果越好，而化学气相沉积工艺要求，也考虑到B掺入时会降低光敏性，则下陷深度不能过大。关于新型的光插分复用器，线性啁啾摩尔光纤光栅主要的优势在于实现多个窗口的滤波。并且，文中提到的隔段写入法也保证了与标准ITU规定的相匹配。2.3 新型光纤光栅传感技术研究2.3.1 主要内容2.3.1.1 光纤布拉格光栅光

24、栅的周期和有效折射率会改变光纤光栅中反射光的波长（即中心波长），而应变和温度（主要是热光效应和热膨胀效应）都能导致光栅周期和有效折射率的改变。因此，利用光纤布拉格光栅在应变、温度、裂纹、流速等多领域都有广泛的应用。光纤布拉格光栅声发射传感技术由于其抗电磁干扰、质轻体积小、易于组网等优势，具有良好的发展潜力。其研究还处于初级阶段，有几大难题亟待解决：（1）声发射波作用的光纤光栅响应特性研究不完善（2）传感器封装结构设计尚未成熟（3）声发射波引起的被测结构应变较小，需要确保FBG的解调速度和灵敏度才能获取真实的声发射波2.3.1.2 高线性度和灵敏度的新型耐温光纤光栅传感器的设计光纤光栅传感系统主

25、要由光纤光栅传感器、传输光路和解调系统组成。本节主要介绍了光纤布拉格光栅的工作原理。由于FBG裸光栅测量结果线性度好，但灵敏度低，则对FBG的封装以构成高灵敏度光纤光栅是研究的重点。对于耐高温的光纤布拉格光栅，其表面的涂覆层能够将光纤与环境隔离，阻挡水分与石英进行化学反应，提高光纤光栅本身的强度和耐力。为满足实际应用需求，耐温光纤光栅传感器封装需要考虑几点因素：（1）封装器件具备良好的线性度和可重复性（2）封装结构需要有足够的强度以提供保护（3）具有良好稳定性以满足长期使用需求。本文所设计的优化耐温光纤布拉格光栅在传统封装结构基础上采用表面涂覆耐热材料，在封装细钢管两端采用聚合胶封闭，相较于传

26、统均匀密封方式，可以避免聚合胶对光栅的影响，提高了传感器的稳定性。此外，光栅两端光纤通过两侧管帽中心的小孔伸出，起到固定和导热的作用。同时，本文也进行了传感器标定和性能测试，结果表明封装时基于光纤光栅施加张力可以保证重复性。另外，为提高网络可靠性，利用光开关且基于全同栅技术设计了一种高可靠耐高温光纤光栅传感阵列，此检测方式中每个光纤光栅的监测范围为传统的三分之一。对于解调系统的设计，基于外界温度变化与光纤光栅反射光谱的中心波长存在对应关系这一基本原理，本文首先介绍并比较了匹配FBG、FTFFP、干涉滤波器、成像光谱四类解调方法的优缺点和适用范围。结合耐温光纤光栅特性，本文设计了基于InGaAs

27、衍射技术的新型解调系统。不同波长的波对应不同衍射角，被InGaAs探测器转化成电信号，克服了基于光强解调的耐温传感系统易受光路噪声影响的缺点。实验中，分析了中心波长随温度变化特性，实验表明该系统能够达到精度、稳定度和响应速度的要求。2.3.1.3 基于改进的支持度矩阵数据融合模型的耐温光纤光栅传感系统数据融合是指一个多级、多层面的数据处理过程，主要完成对来自多个信息源的数据进行自动检测、关联、估计及组合处理等。多光纤光栅传感器融合技术实际是将多个光纤光栅传感器的信息合并统一的综合技术，通过对不同光纤光栅传感器测量的数据进行分析和综合，获得被测对象及其性质的最佳一致估计。本章在深入研究多传感器数

28、据融合原理及其实现算法的基础上，为突破传统的支持度矩阵融合算法仅考虑传感器采样值在某一时刻的一致性，而不能说明传感器在整个量测区间可靠性的局限，建立了一种改进的支持度矩阵数据融合模型。利用改进的支持度矩阵模型对耐温传感系统测量的初始温度数据进行处理，构建了基于改进的支持度矩阵数据融合模型的耐温光纤光栅传感系统实验表明，构建的支持度矩阵模型稳健性好，尤其在传感器发生故障时，传感网络测温可靠性高。2.3.1.4 声发射波作用下光纤光栅发射谱的数值仿真本节内容主要对光纤布拉格声发射波传感模型及反射光谱特性进行分析。首先，介绍了FBG的传输理论，分析了声发射波与FBG的相互作用原理。在此基础上，考虑几

29、何效应及弹光效应两方面对FBG的影响，建立光纤布拉格光栅声发射波传感模型，通过数值仿真研究了反射谱的形状及波长变化响应特性。当声发射波的波长与光栅的栅长相近时，光栅的反射光谱产生旁瓣并且光谱反射率发生变化。通过仿真分析了由声发射波引起的不同幅值及频率的声发射波作用下光纤光栅的反射谱响应特性。声发射检测是基于对在材料的断裂过程中应力波所产生的微观表面运动的检测。当加载外界应力在结构材料时，弹性能量被存储在该材料里，当这种弹性能量超过材料的所能承受的临界极限时，出现裂纹同时能量被迅速释放出来，这种现象被定义为声发射。从光纤光栅传输理论入手，分别常用的耦合模理论及传输矩阵法，针对实际声发射波的检测需

30、求并结合声发射波与光纤光栅的相互作用原理，以传输矩阵法为基础分析在声发射波作用下均匀光纤光栅的折射率分布，并建立了光纤光栅声发射波传感模型，通过实验分析声发射波作用下光纤光栅的响应特性，包括不同幅值、波长下以及一周期内变化的响应特征。2.3.1.5 光纤光栅栅长对声发射传感系统灵敏度的影响。基于已经完成的数值仿真模型，又建立了有效的声发射传感系统响应灵敏度检测模型。由实验分析得，光纤光栅发射谱的斜率是影响系统灵敏度的关键因素。当作用在光纤光栅上的声波的幅值小于15时，栅长较长的光栅所具有的较大的反射谱斜率能够提高传感系统的输出光强灵敏度。最后，利用六种栅长的光纤光栅分别进行声发射检测实验，实验

31、结果与数值仿真的结果相符，表明传感系统的响应敏度主要受到光栅反射谱边沿斜率的影响。2.3.1.6 高灵敏度谐振式光纤光栅声发射传感器根据声波在光纤中传播能量衰减小的特性，设计了新型的高灵敏度谐振式光纤光栅声发射波传感器，传感器采用单端光纤粘贴式结构和可移动式耦合方法，对具有不同传感长度的新型谐振式光纤光栅声发射传感器进行响应特性实验。新型结构传感器的响应灵敏度提高了1.2倍，且具有良好的谐振频率响应特性。2.3.2 研究方法与应用2.3.2.1 耐温光纤布拉格光栅温度传感器建立光纤布拉格光栅中心波长温度传感模型，通过设计高线性度、高灵敏度、小体积的新型管式耐温光纤光栅传感器，优化耐温光纤光栅传

32、感阵列结构和设计基于InGaAs图像传感衍射技术的波长解调系统，搭建了基于波长解调的新型耐温光纤光栅传感系统。2.3.2.2 声发射波以传输矩阵法为理论基础，分析在声发射波作用下均匀光纤布拉格光栅的内部场分布。实验中控制变量，分别分析了在不同波长及幅值的声发射波作用下，一个周期内初始时刻的光纤光栅反射谱及一个作用周期各个时刻的反射谱变化，确定了声发射波波长与光纤光栅栅长的比值的关系。2.3.2.3 支持度矩阵算法建了基于改进的支持度矩阵数据融合模型的耐温光纤布拉格光栅传感系统。温度测量实验表明基于改进的支持度矩阵数据融合模型的传感系统测温估计值总绝对误差明显小于其他三种融合方法(平均值法、分批

33、估计法、传统的支持度矩阵法)处理后的误差值，具有应用和推广的价值。2.3.3 评论本文是该博士五年成果的一个分离式总结，并没有严格的中心四路。主要分为耐温光纤光栅传感器和声发射波传感系统的研究。在耐温光纤光栅传感系统设计中，传感器阵列的目的是能够在故障情况下仍然保持信道的畅通，但本文只给出了方案，并未对这样的传感阵列的可靠性进行评估。并且，该实验系统中的传感器阵列规模不能称之为网络，需要投入应用仍需要更大规模的阵列和完善的数据支持。声发射波作用下的光纤光栅传感系统研究中，没有任何对震动裂纹的描述，包括其位置和大小的信息有所缺失，造成实验结果有一定的不严密性。传输矩阵法和光刻中的波导法很相似，都

34、是将需要仿真计算的部分切成小块，假设其每部分均匀，然后利用边界条件进行方程耦合，得出最终数值结果。这种切块的思想贯穿数学问题始终。3 泛读思考与启发3.1 FBG解调中的双值问题解决3.1.1 问题概述在匹配光栅解调方法中，利用两中心波长相近的光纤光栅，一个为感应光栅，附着在需要探测应变的物体上，另一个为解调光栅，其输入光即为感应光栅的反射光。当没有应变时，解调光栅的反射光由PD探测到为最大，而应变导致感应光栅的中心波长发生偏移，因此PD探测的光功率减小。因为其中心波长重叠部分可能有两个方向的移动，而光功率只有绝对值，因此两个不同的应变量对应同一个功率值，这就是双值问题。3.1.2 解决思路陆青等人提出了一种多档匹配光栅并联的解决方案。以两档并联为例，可以巧妙的选取两个感应光栅的中心波长，使之线性部分完美交叠，得到几个功率阈值，这样就可以将功率曲线转化为几条折线组