雙芯MZ型光纖傳感器在路基沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、路基是道路建設(shè)的基礎(chǔ)，自上個(gè)世紀(jì)20年代開始，我國諸如天津、上海等地，就開始出現(xiàn)了路基沉降導(dǎo)致的各種災(zāi)害，1970年開始河北地區(qū)的平原地帶以及長(zhǎng)江三角洲地帶的多處城市也陸續(xù)產(chǎn)生了路基沉降導(dǎo)致的地面下沉現(xiàn)象，路基沉降已經(jīng)成為了道路建設(shè)中最常見的病害之一。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)節(jié)奏不斷加快，動(dòng)車、高鐵等先進(jìn)快速的交通方式發(fā)展迅速，同時(shí)道路負(fù)荷越來越重，因此不僅要提高交通運(yùn)輸?shù)男?，更要注重交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。為了能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地監(jiān)控道路安全狀

2、況，許多學(xué)者已經(jīng)做出了努力。在本文中將要研究一種新型的基于雙芯光纖的馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder，MZ)光纖傳感器，將這種傳感器應(yīng)用到路基沉降監(jiān)控中，具有客觀的研究?jī)r(jià)值。
　　文中首先根據(jù)雙芯光纖的雙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，建立雙波導(dǎo)模型，并分析其波導(dǎo)模型的耦合理論，在此基礎(chǔ)上，引入雙芯光纖耦合模式分析，得出在理想耦合情況下，兩個(gè)纖芯具有相等的互耦合系數(shù);在非理想耦合情況下，δ2/K12K21可以準(zhǔn)確的反映纖芯耦合的強(qiáng)弱，δ2為相位失

3、配量的平方，K12K21為互耦合系數(shù)的乘積。
　　其次，根據(jù)雙芯光纖耦合理論，分析雙芯MZ型光纖傳感器的傳輸理論，得出結(jié)論:兩根纖芯之間的傳輸相位差為π的偶數(shù)倍時(shí)，傳感器中的傳輸功率達(dá)到最大;當(dāng)兩根纖芯之間的傳輸相位差為π的奇數(shù)倍時(shí)，傳感器中的傳輸功率為最小。
　　再次，本文中重點(diǎn)研究了一種級(jí)聯(lián)型的雙芯MZ光纖傳感器并用于彎曲測(cè)量，在雙芯光纖的中間熔融拉錐，傳感器輸出端連接OSA(Optical Spectrum Analy

4、sis，光譜分析儀)來觀察并記錄不同彎曲狀況下的透射譜，實(shí)驗(yàn)中選擇1500 nm-1700 nm的寬帶光源作為傳感器的光源，雙芯傳感器的總長(zhǎng)度為235 mm，其中雙芯光纖的長(zhǎng)度為230 mm。通過實(shí)驗(yàn)分析可得該裝置在測(cè)量彎曲的情況下隨著彎曲曲率的增加波長(zhǎng)向著短波長(zhǎng)方向漂移，可測(cè)得的最大自由光譜范圍為16.44 nm，彎曲曲率范圍為0～1.874m-1，傳感器調(diào)節(jié)范圍為2.5 nm，最大彎曲靈敏度為-8.8253 nm/m-1。在可測(cè)量的

5、彎曲曲率范圍內(nèi)，波長(zhǎng)1674.12nm處靈敏度為-8.3645nm/m-1，最小靈敏度為-6.5433 nm/m-1，最大靈敏度為-10.1589nm/m-1;波長(zhǎng)1691.12nm處靈敏度為-8.8253 nm/m-1，最小靈敏度為-6.6601nm/m-1，最大靈敏度為-10.1187nm/m-1
　　最后，在基于對(duì)雙芯MZ光纖傳感器彎曲特性實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，將該傳感器應(yīng)用到路基沉降監(jiān)測(cè)模型中，并分析其可行性，該模型可以根據(jù)測(cè)