摘 要

光纤光栅是一种纤芯折射率受到周期性微扰形成的光纤无源器件。它可以分为很多类，若按光栅周期的长短来分，一般可分为布拉格光栅和长周期光栅。光纤布拉格光栅是一种反射式光栅，其反射波长与光栅的有效折射率和光栅周期有关，光栅的带宽和反射率取决于光栅的长度以及折射率变化的幅值。而长周期光纤光栅是一种透射式光栅，它的温度灵敏度更大，可作为高精度光纤光栅温度传感器。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)是发展最早，应用最为广泛的光纤无源器件，它有着耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高、熔接损耗小、易于分布式测量、体积小等优点。

本文主要对对布拉格光栅温度传感器进行研究，结合光纤光栅传感机理，阐述光纤布拉格光栅传感器原理，以此为理论依据，对布拉格光栅温度传感器特性进行分析。重点是结合布拉格光栅温度传感器的基本特性，提出高精度布拉格光栅温度传感器，采用matlab对其性能进行分析，并分析传感温度与各参数的关系，为高精度布拉格光栅温度传感器的应用与完善提供参考。

关键词：光纤布拉格光栅；温度传感器原理；特性分析；高精度布拉格光栅温度传感器

Abstract

Fiber Bragg grating (FBG) is an optical fiber passive device formed by periodic perturbation of fiber core refractive index. It can be divided into many classes. According to the length of grating period, it can be divided into Prague grating and long period grating. The fiber Prague grating (FBG) is a kind of reflective grating. The reflected wavelength is related to the effective refractive index and grating period of the grating. The bandwidth and reflectivity of the grating depends on the length of the grating and the amplitude of the change of the refractive index. Long period fiber grating (FBG) is a transmission grating, and its temperature sensitivity is greater. It can be used as a high-precision fiber Bragg grating temperature sensor. Fiber Bragg Grating (FBG) is the earliest developed and most widely used optical fiber passive device. It has the advantages of corrosion resistance, anti electromagnetic interference, high sensitivity, low melting loss, easy to distributed measurement, small volume and so on.

This paper mainly studies the Prague grating temperature sensor, and combines the fiber Bragg grating sensing mechanism, expounds the principle of the fiber Prague grating sensor, which is the theoretical basis for the analysis of the characteristics of the Prague grating temperature sensor. The key point is to combine the basic characteristics of the Prague grating temperature sensor, put forward the high precision Prague grating temperature sensor, analyze its performance with MATLAB, and analyze the relationship between the sensing temperature and the parameters, and provide reference for the application and perfection of the high precision Prague grating temperature sensor.

Key Words：Fiber Prague grating; temperature sensor principle; characteristic analysis; high precision Prague grating temperature sensor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究主要内容 3

第2章 光纤光栅的简介 4

2.1光纤光栅的分类 4

2.2光纤光栅制作技术 5

2.3光纤传感机理 6

2.4光纤光栅传感机理 7

2.5仿真软件matlab的简介 8

第3章 光纤布拉格光栅传感原理及其特性分析 9

3.1光纤布拉格光栅传感原理 9

3.2光纤布拉格光栅耦合模理论 10

3.3光纤布拉格光栅温度传感模型 17

第4章 光纤布拉格光栅温度传感器特性分析与仿真 20

4.1分析温度变化对中心波长偏移量的影响 20

4.2分析α，ζ对中心波长偏移量的影响 20

第5章 高精度光纤光栅温度传感器仿真分析 22

5.1长周期光纤光栅温温度传感器原理 22

5.2长周期光纤光栅耦合模型特性及透射仿真分析 23

5.3高精度光纤光栅温度传感器特性分析与仿真 29

第6章总结和展望 32

致谢 33

参考文献 34

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着科学技术的飞速发展，信息科学在人们的生产和生活中发挥着日益重大的作用和影响，成为人们认识自然、改造自然以及提高劳动生产率的强有力工具。采集信号技术、传输信信号技术和处理信号技术组成信息科学的三大关键技术^[1]，而传感器作为采集信息的最重要的部件，其技术的发展状况在整个信息科学的体系内都占领着非常重要的位置。

一般的的热电偶式和辐射式高温传感器易受外界电磁场的扰乱和感导，受黑度系数、辐射系数、测量长度等因素的影响致使测量精度不高。与传统的温度传感器相比，光纤传感器有很多优点：光纤工作频率宽，动态范围大，是一种低损耗传输线，光纤本身不带电，光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，受测量距离影响小。另外光纤质量轻、易弯曲、体积小、抗辐射性能好，特别适合在燃爆、空间受严格限制以及强电磁干扰等环境下使用。