封閉型微光纖法珀傳感器應(yīng)變特性研究.pdf

1、自光纖傳感器問世以來,由于其具有高可靠性、抗腐蝕、不受電磁干擾、復(fù)用能力強、傳輸損耗低、傳輸距離長等傳統(tǒng)電傳感器無法比擬的優(yōu)點而備受科研人員的關(guān)注,成為近幾十年發(fā)展最快的光纖無源器件。而在眾多的光纖傳感器中,光纖法珀傳感器無疑占有非常重要的一席,是技術(shù)最成熟的、應(yīng)用最廣泛的一類,在傳感領(lǐng)域顯示了良好的應(yīng)用前景。隨著研究的深入,人們對光纖法珀傳感器器件微型化、輕量化,耐高溫能力、在易燃易爆等惡劣環(huán)境下工作等方面提出了新的迫切的要求。微納傳

2、感器已成為國際前沿研究新的熱點之一。 導(dǎo)師饒云江教授及其團隊于2006年在國際上首次提出了一種封閉型微光纖法珀傳感器結(jié)構(gòu)并成功地利用157nm準分子激光器在光纖上實現(xiàn)了該傳感器。本課題就是以這種封閉型微光纖法珀傳感器為基礎(chǔ),圍繞應(yīng)變特性展開研究。主要工作和成果如下： Ⅰ.概述了157nm準分子激光微加工技術(shù)和基于該技術(shù)制作封閉型微光纖法珀傳感器的方法。研究了該封閉型微光纖法珀傳感器在常溫下的應(yīng)變特性(0με-2000με

3、)以及自由狀態(tài)下的溫度特性(-50℃-50℃)。研究發(fā)現(xiàn),這種新結(jié)構(gòu)的光纖法珀傳感器具有良好的線性應(yīng)變傳感特性(線性系數(shù)達0.9985)和溫度不敏感性(靈敏度為0.001mm/℃),可望用于制作常規(guī)應(yīng)變傳感器,應(yīng)用于高速公路、橋梁、大壩等大型建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中。 Ⅱ.在常溫應(yīng)變特性實驗基礎(chǔ)上,進一步研究了封閉型微光纖法珀傳感器的高溫應(yīng)變特性,提出了長周期光纖光柵與封閉型微光纖法珀傳感器級聯(lián)的組合傳感器。研究結(jié)果表明,該組合傳感

4、器不僅可以實現(xiàn)高溫環(huán)境下(650℃)應(yīng)變的精確測量,還能解決困擾單光纖傳感器的溫度和應(yīng)變交叉敏感問題,可望用于制作高溫應(yīng)變傳感器,應(yīng)用于鍋爐外壁、航天航空發(fā)動機、復(fù)合材料等高溫領(lǐng)域的應(yīng)變測試。 Ⅲ.研究了封閉型微光纖法珀傳感器的準靜態(tài)應(yīng)變特性,并與電阻應(yīng)變片做了對比實驗。研究發(fā)現(xiàn),封閉型微光纖法珀傳感器在抗電磁干擾和微小應(yīng)變測量方面性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片。同時,本文還研究了動態(tài)傳感信號的解調(diào)系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn),雙通道強度自校準