高靈敏度光纖微位移傳感研究.pdf

1、傳感器的研究是測(cè)控領(lǐng)域的核心問(wèn)題,其中微位移傳感器是眾多工業(yè)生產(chǎn)和生活中必不可少的單元。光纖微位移傳感器與傳統(tǒng)基于電的微位移傳感器相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn),如靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾、體積小等,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。本文從強(qiáng)度解調(diào)和波長(zhǎng)解調(diào)兩方面各提出了一種高靈敏度的干涉型光纖微位移傳感結(jié)構(gòu):Mach-Zehnder干涉結(jié)構(gòu)和Fabry-Perot干涉結(jié)構(gòu),詳細(xì)分析了各自的傳感機(jī)理,并介紹其制作方法,主要內(nèi)容包括:
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2、、系統(tǒng)闡述了當(dāng)前光纖微位移傳感的研究狀況,分別按解調(diào)方式和傳感類型對(duì)其進(jìn)行了分類,對(duì)每種類型的優(yōu)缺點(diǎn)作了簡(jiǎn)要介紹。從光纖內(nèi)模式間干涉的基本理論出發(fā),分別研究了光纖內(nèi)Mach-Zehnder干涉結(jié)構(gòu)和Fabry-Perot干涉結(jié)構(gòu)的傳感機(jī)理及特點(diǎn)。
　　2、提出了一種強(qiáng)度解調(diào)的高靈敏光纖 Mach-Zehnder干涉結(jié)構(gòu)微位移傳感器,該干涉儀由一個(gè)蝶形錐(BTT:bowknot-type taper)級(jí)聯(lián)一段單模光纖纖芯錯(cuò)位不熔接構(gòu)

3、成。用光纖熔接機(jī)錐形熔接技術(shù)制成對(duì)稱蝶形錐,實(shí)現(xiàn)了高階包層模的均勻激發(fā)。分別研究了干涉儀的橫向和縱向微位移傳感特性:
　　(1)錯(cuò)位光纖分別沿著光纖橫向(x、y軸)移動(dòng)時(shí),干涉條紋對(duì)比度隨錯(cuò)位位移增大出現(xiàn)先增大后減小的變化。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)微位移從0到13μm變化時(shí),該干涉儀在 x、y方向的微位移靈敏度分別為-1.89 dB/μm、-1.93 dB/μm。
　　(2)錯(cuò)位光纖沿光纖縱向(z軸)移動(dòng)時(shí),干涉條紋對(duì)比度也隨錯(cuò)位位移增

4、大出現(xiàn)先增大后減小的變化,同時(shí),干涉條紋發(fā)生漂移。研究還發(fā)現(xiàn),干涉條紋對(duì)比度變化與干涉儀臂長(zhǎng)有關(guān),對(duì)應(yīng)干涉臂長(zhǎng)分別為12,18,24和30 mm時(shí),干涉儀的微位移靈敏度分別為-0.362 dB/μm、-0.385 dB/μm、-0.332 dB/μm和-0.235dB/μm。
　　同時(shí)運(yùn)用 RsoftCAD軟件對(duì)蝶形錐的能量分布及所提出的干涉儀進(jìn)行了理論模擬,進(jìn)一步解釋了該傳感器的傳感原理及特點(diǎn)并分析了該干涉儀的溫度敏感特性。

5、r>　　3、提出了一種波長(zhǎng)解調(diào)的高靈敏光纖Fabry-Perot干涉結(jié)構(gòu)微位移傳感器,將傾斜光纖光柵(TFBG:tilted fiber Bragg grating)從中間剪斷成相同的兩部分,利用兩個(gè) TFBG的高反射端面間隔一段距離形成空氣腔構(gòu)成 Fabry-Perot干涉儀。當(dāng)光纖沿縱向(z軸)移動(dòng)時(shí),Fabry-Perot腔長(zhǎng)度增大,通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖沿縱向移動(dòng)時(shí)干涉光譜的自由光譜范圍變化實(shí)現(xiàn)微位移傳感。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,干涉光譜的自由光譜范圍