可識別方向的全光纖傾斜傳感器研究.pdf

1、可識別方向的全光纖傾斜傳感器研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：尹風陽指導教師：朱濤教授鄧明副教授專業(yè)：光學工程學科門類：工學重慶大學光電工程學院二O一五年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要光纖傳感器具有抗電磁干擾、成本低、體積小、結構緊湊等優(yōu)點，因此它已經(jīng)被成功應用到很多領域，特別是近年來全光纖傾斜傳感器在大型建筑物的健康監(jiān)測、石油鉆井、精密儀器檢測等領域受到了廣泛關注?，F(xiàn)有的光纖傾斜傳感器主要基于耦合原理，利用光纖光柵

2、共振峰的移動或者強度的變化實現(xiàn)檢測，因此其存在靈敏度普遍不高的不足之處?；诖?，本文研制了三種基于干涉原理的高靈敏度全光纖傾斜傳感器，包括基于Michelson干涉的光纖傾斜傳感器，基于拉錐大偏置(Taperoffset)的MZ干涉的光纖傾斜傳感器，基于長周期光纖光柵大偏置（LPFGoffset）的MZ干涉的光纖傾斜傳感器。論文首先根據(jù)干涉原理理論分析了可識別方向高靈敏度全光纖傾斜傳感器的傳感機理；其次利用仿真軟件OpticalBPM對

3、設計的結構進行仿真，以得到結構的優(yōu)化參數(shù)；最后根據(jù)優(yōu)化參數(shù)分別制作并實驗研究這三種不同的光纖傾斜傳感器。實驗結果與理論的預期是相符合的。論文的主要內容包括：①設計了一種結構緊湊、制作簡單的基于Michelson干涉的全光纖傾斜傳感器，利用手動熔接的方式對兩段單模光纖錯位熔接。在對其理論分析優(yōu)化的同時，對其進行實驗測試。實驗結果表明：設計的傳感器具備方向識別能力，并且在3o的測量范圍中具有極高的靈敏度2.346nmo。②設計了一種結構緊湊

4、、制作簡單的新型的基于MZ干涉的Taperoffset(拉錐偏置)結構的全光纖傾斜傳感器，利用手動熔接機放電拉錐并在兩段單模光纖之間錯位熔接。實驗結果表明：這種傳感器具備方向識別能力，在5o的測量范圍內，具有較高的靈敏度1.154nmo。③在第二種結構的基礎進一步設計了一種新型的基于LPFGoffset(長周期偏置)結構的MZ干涉型光纖傾斜傳感器。利用CO2激光器在單模光纖上完成光柵的寫入，利用手動熔接的方式完成兩段單模光纖的錯位。實驗

5、結果證明此種結構的傳感器具備方向識別能力，并且在3o測量范圍內具有高的靈敏度0.935nmo。通過對上述三種結構的傾斜傳感器進行實驗測試，其實驗結果均與理論預期相吻合：具備識別方向的能力，高靈敏度，并且結構緊湊，成本低廉。這些優(yōu)點使得此類傳感器的研發(fā)在特殊領域有著重要的意義和廣闊的應用前景，例如：石油鉆井行業(yè)等。這三種傳感器盡管有著獨特的優(yōu)點，但是仍然有需要繼續(xù)提高的地方：測量范圍。測量范圍能在很大程度上影響著傳感器的應用場合，因此下一