干涉型光纖傳感關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、干涉型光纖傳感器具有響應(yīng)靈敏度高、超大的頻率動態(tài)響應(yīng)范圍、抗電磁干擾等特點?；谝陨咸攸c，干涉型光纖傳感器已被廣泛應(yīng)用于石油化工、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，因此干涉型光纖傳感技術(shù)作為傳感領(lǐng)域中最重要的傳感技術(shù)之一備受關(guān)注。本論文主要對全光纖干涉結(jié)構(gòu)的制作工藝與方法、響應(yīng)增敏技術(shù)以及傳感器信號解調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計并制作了幾種新型的高靈敏光纖傳感器,并對傳感器的折射率、溫度、氣體濃度等物理量的響應(yīng)特性進(jìn)行了理論和實驗

2、研究。本文主要研究工作及創(chuàng)新點如下：（1）設(shè)計基于單模光纖-多模光纖-單模光纖-錯位熔接點-單模光纖結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀型傳感器，制作了傳感器樣品，并對傳感器的折射率響應(yīng)特性進(jìn)行了實驗研究。實驗結(jié)果表明：溶液折射率變化范圍為1.3589-1.3922時可實現(xiàn)折射率的檢測。并且在1.3720-1.3922的折射率變化范圍內(nèi)，傳感器具有很好的線性響應(yīng)，線性響應(yīng)靈敏度為252.06dB/RIU。通過檢測該傳感器輸出光功率的變化

3、可以解調(diào)出折射率變化的信息。將該傳感器應(yīng)用于傳感系統(tǒng)時，不需要昂貴的波長檢測器件，有效降低了檢測成本。（2）設(shè)計并制作了一種基于單模光纖-多模光纖-細(xì)芯光纖-單模光纖的Mach-Zehnder干涉儀型可同時測量折射率和溫度的傳感器。通過對傳感器的輸出光譜進(jìn)行傅里葉變換分析可知，形成傳感器輸出光譜的主要模式為LP01模和LP16模。該傳感器輸出光譜中1535nm和1545nm附近干涉谷的折射率和溫度響應(yīng)靈敏度的理論值分別為-55.90nm

4、/RIU、0.0501nm/℃和-56.26nm/RIU、0.0505nm/℃。在折射率和溫度變化范圍分別為1.3449-1.3972和20℃-90℃的環(huán)境中對傳感器的響應(yīng)特性進(jìn)行實驗研究，結(jié)果表明：透射光譜中1535nm和1545nm附近干涉谷的折射率和溫度響應(yīng)靈敏度分別為-53.03nm/RIU、0.0465nm/℃和-54.24nm/RIU、0.0542nm/℃。理論分析與實驗結(jié)果相一致。（3）干涉型光纖傳感器的輸出光譜是由多個包

5、層模分別與纖芯模干涉后疊加形成，利用傅里葉變換將起主導(dǎo)作用的包層模與纖芯模所形成的雙光束強(qiáng)度曲線提取出來進(jìn)行環(huán)境折射率檢測。通過這種方法可以減小由多模干涉效應(yīng)所引起的測量誤差，提高傳感器測量精度。（4）設(shè)計并制作了單模光纖-光纖錐-多模光纖-單模光纖-錯位熔接點-單模光纖結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀型傳感器。在傳感臂中激發(fā)出兩個能量較強(qiáng)的包層模，通過傅里葉變換將這兩個包層模與纖芯模干涉所形成的雙光束強(qiáng)度曲線分別解調(diào)出來，實現(xiàn)折射