基于球形結(jié)構(gòu)的干涉型光纖傳感器研究.pdf

1、隨著光纖通信技術(shù)的逐漸發(fā)展，光纖傳感器越來(lái)越受到人們的重視。同時(shí)，由于其抗電磁干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、成本低、體積小等特點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，光纖傳感器正朝著實(shí)時(shí)化、高精度、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。同時(shí)，研究方向更側(cè)重于通過(guò)新技術(shù)來(lái)提高傳感器性能以及利用不同的傳感元件設(shè)計(jì)出新型的傳感結(jié)構(gòu)。
　　本文過(guò)對(duì)光纖光柵傳感器和干涉型傳感器進(jìn)行研究的同時(shí)緊隨其發(fā)展趨勢(shì)，采用多種傳感元件如光纖布拉格光柵、多模光纖等，設(shè)計(jì)并制作出可以

2、實(shí)現(xiàn)雙參量同時(shí)測(cè)量的新型傳感結(jié)構(gòu)。本文的主要內(nèi)容包括：
　　1.概括了光纖傳感器的研究背景及意義，分類特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上列舉了幾種常見的干涉型傳感器，詳細(xì)介紹了偏芯結(jié)構(gòu)、錐形結(jié)構(gòu)和纖芯失配結(jié)構(gòu)傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀。
　　2.詳細(xì)闡述了光纖布拉格光柵和干涉型傳感器的傳感原理。
　　3.設(shè)計(jì)并制作出一種MZ干涉結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)光纖布拉格光柵(FBG)的傳感器，MZ干涉結(jié)構(gòu)由兩個(gè)球形結(jié)構(gòu)組成。由于MZ干涉峰Dip1和光纖布拉格光

3、柵透射峰FBGDip對(duì)溫度、折射率和液位有不同的敏感特性，利用敏感矩陣可以實(shí)現(xiàn)雙參量同時(shí)測(cè)量。另外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳感結(jié)構(gòu)透射譜和靈敏度的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Dip1對(duì)溫度、折射率和液位變化都敏感，靈敏度分別為0.07245nm/℃，87.65nm/RIU，-0.029714nm/mm；FBGDip只對(duì)溫度變化敏感，靈敏度為0.00989nm/℃。此傳感結(jié)構(gòu)溫度、折射率和液位測(cè)量的分辨率為1.00℃、0.095％RIU和2.8

4、0mm。
　　4.設(shè)計(jì)并制作出一種光纖布拉格光柵級(jí)聯(lián)MZ干涉結(jié)構(gòu)的傳感器，MZ干涉結(jié)構(gòu)由偏芯結(jié)構(gòu)和球形結(jié)構(gòu)組成。實(shí)驗(yàn)選取MZ干涉結(jié)構(gòu)的干涉峰Dip1和光纖布拉格光柵的透射峰 FBGDip進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)得出，干涉峰和透射峰對(duì)溫度和折射率有不同的靈敏系數(shù)，可實(shí)現(xiàn)雙參量同時(shí)測(cè)量。干涉峰Dip1的溫度和折射率靈敏度分別為0.07175nm/℃，-91.76667nm/RIU。透射峰FBGDip只對(duì)溫度變化敏感，靈敏度為0.00909nm/

5、℃。該結(jié)構(gòu)溫度、折射率分辨率為0.99℃，0.097%RIU。
　　5.設(shè)計(jì)并制作出一種拉錐結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)球形結(jié)構(gòu)的光纖傳感器，拉錐結(jié)構(gòu)和球形結(jié)構(gòu)都使用多模光纖進(jìn)行制作。實(shí)驗(yàn)選取干涉峰Dip1和Dip2進(jìn)行溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)得出Dip1只對(duì)溫度變化敏感，是纖芯與纖芯模式干涉形成的，溫度靈敏度為0.08292nm/℃；Dip2對(duì)溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度變化都敏感，是纖芯與包層模式干涉形成的，靈敏度分別為0.05063nm/℃，-0.169n