干涉型光纖傳感關鍵技術研究.pdf

1、干涉型光纖傳感器具有響應靈敏度高、超大的頻率動態(tài)響應范圍、抗電磁干擾等特點。基于以上特點，干涉型光纖傳感器已被廣泛應用于石油化工、結構健康監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學等領域，因此干涉型光纖傳感技術作為傳感領域中最重要的傳感技術之一備受關注。本論文主要對全光纖干涉結構的制作工藝與方法、響應增敏技術以及傳感器信號解調(diào)等關鍵技術進行了研究，設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特性進行了理論和實驗

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-單模光纖結構的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特性進行了實驗研究。實驗結果表明：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，線性響應靈敏度為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）設計并制作了一種基于單模光纖-多模光纖-細芯光纖-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特性進行實驗研究，結果表明：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作用的包層模與纖芯模所形成的雙光束強度曲線提取出來進行環(huán)境折射率檢測。通過這種方法可以減小由多模干涉效應所引起的測量誤差，提高傳感器測量精度。（4）設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-單模光纖結構的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度曲線分別解調(diào)出來，實現(xiàn)折射