【摘要】：隨著工業(yè)過程自動(dòng)化程度的不斷提高,液位信息采集在各領(lǐng)域中日漸重要,光纖液位傳感器更是因其具有諸多優(yōu)異性能而尤其受各行業(yè)青睞。本文重點(diǎn)對基于保偏光纖的內(nèi)嵌式ZMehnder-ach液位傳感器進(jìn)行了相關(guān)研究以及實(shí)驗(yàn),以期獲得更高傳感性能,本論文的工作總結(jié)主要?dú)w納如下:1、概述了液位傳感技術(shù)的發(fā)展背景及光纖液位傳感器研究現(xiàn)狀。簡述已報(bào)道液位測量技術(shù)方法的分類和優(yōu)缺點(diǎn)及光纖液位傳感器的發(fā)展進(jìn)程。2、闡述并分析了光纖偏振特性及其模間干涉的基本原理。首先闡述了光纖模式理論,然后簡述了偏振光和單模光纖雙折射特性及保偏光纖,最后對ZMehnder-ach光纖干涉儀的模間干涉理論進(jìn)行了概述。3、提出了一種基于錯(cuò)位熔接的內(nèi)嵌式保偏光纖ZMehnder-ach液位傳感器。利用單模光纖-保偏光纖-單模光纖組成三明治型結(jié)構(gòu),對錯(cuò)位偏移量的大小及纖芯錯(cuò)位方向(快軸、慢軸及快慢軸45°方向?qū)?zhǔn))進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,制作了一種沿其快軸錯(cuò)位對準(zhǔn)方式的干涉儀。通過干涉儀分束端的錯(cuò)位結(jié)構(gòu)激發(fā)產(chǎn)生的包層模作為探測信號接收液位信息的變化,最后通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合后得到的其波長漂移和光強(qiáng)變化對應(yīng)靈敏度分別為-0.4956 mmnm/和0.2204 mmd B/,溫度分析得出其靈敏系數(shù)約是13 pm/℃。4、提出了一種基于級聯(lián)蝶形錐型結(jié)構(gòu)的內(nèi)嵌式保偏光纖ZMehnder-ach液位傳感器。闡述了錐型結(jié)構(gòu)的理論及其制作方法,采用實(shí)驗(yàn)室熔接機(jī)自帶的拉錐功能,通過調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)娜劢幽Ｊ絽?shù)在兩段保偏光纖交界端面和保偏光纖-單模光纖交界端面分別制作了兩個(gè)蝶形錐型結(jié)構(gòu)作為干涉儀的分束結(jié)構(gòu)與合束結(jié)構(gòu),該蝶形錐結(jié)構(gòu)一定程度上增加了包層模的激勵(lì)產(chǎn)生效率,由分束結(jié)構(gòu)激發(fā)產(chǎn)生的包層模式以倏逝場的形式進(jìn)入包層傳輸一段距離后在合束結(jié)構(gòu)處再次被耦合回光纖纖芯內(nèi)與纖芯導(dǎo)模發(fā)生干涉。數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算得到的波長漂移及強(qiáng)度變化對應(yīng)的靈敏度是-/501.0mmnm和/275.0mmd B,傳感器的溫度靈敏系數(shù)約是12 pm/℃。
【圖文】：

5]。圖1.1 光纖傳感過程示意圖作為一項(xiàng)嶄新的傳感技術(shù)，各領(lǐng)域的不斷關(guān)注和研究使得光纖傳感短期內(nèi)已逐漸成為現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展方向之一。C harles K.Gao博士1966年在《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》中突破性的發(fā)現(xiàn)通過玻璃纖維來傳播光信息的基本理論。在新的理論的引領(lǐng)下，經(jīng)過制備工藝的改進(jìn)和減少原材料中的雜質(zhì)，美國康寧玻璃公司于1970年率先研制成功了傳輸波長為632.8nm 、損耗為20 dB/ km的光纖，這也開啟了光纖時(shí)代的大門。此后，損耗的逐漸減小使得其在通信和傳感中的應(yīng)用逐漸成為現(xiàn)實(shí)。光纖傳感作為一項(xiàng)新的傳感技術(shù)則始于20世紀(jì)七十年代末各國軍事產(chǎn)業(yè)的一些重大科技成果，光纖傳感技術(shù)也經(jīng)歷了這樣的時(shí)期，，光纖問世不久后就首先被應(yīng)用于軍事產(chǎn)業(yè)。八十年代，隨著光纖傳感器由軍事領(lǐng)域向民用生產(chǎn)生活領(lǐng)域的轉(zhuǎn)移，也得益于光通信行業(yè)各項(xiàng)技術(shù)的日臻完善，光纖器件制作所需的相關(guān)材料成本大幅降低，光纖傳感器已經(jīng)開始在世界范圍內(nèi)掀起一股研究的熱潮。1.2 光纖傳感

中國計(jì)量學(xué)院碩士學(xué)位論文6圖1.3 泄露式模型示意圖(3) 尖端反射型尖端反射型的關(guān)鍵元件是如圖1.4所示的滿足光的全內(nèi)反射條件的光纖探頭，可以根據(jù)光纖反射光強(qiáng)的大小確定液位（光纖探頭是否浸入到液體中），該方法的不足之處是只能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)式的液位測量，若要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的液位傳感只能通過設(shè)置大量的光纖探頭或者利用電機(jī)控制光纖探頭隨著液面升降[15]。圖1.4 尖端反射式模型示意圖(4) 液面反射型液面反射型包括采用多普勒原理的相位型和強(qiáng)度型液位測量傳感器兩種類型，如圖1.5所示，光纖探頭發(fā)射的光束經(jīng)過液面的反射后再次被接受光纖接受，通過比較入射光與反射光之間的相位差或者光強(qiáng)變化即可得到光纖端面與液面之間的距離，進(jìn)而得到液位信息[16]。受限于液面反射率較低，該類方法相關(guān)研究應(yīng)用并未引起廣泛注意。
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253;TP212

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1 文建湘;肖天鵬;孫建軍;;“1”字型保偏光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制備[J];光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù);2007年02期

2 吳宇列;鄭煜;王金娥;李圣怡;;熊貓型保偏光纖定軸仿真研究[J];光子學(xué)報(bào);2007年07期

3 王金娥;鄭煜;吳宇列;李圣怡;;保偏光纖熔錐區(qū)的傳輸特性分析[J];光子學(xué)報(bào);2007年11期

4 畢聰志;吳衍記;;適用于光纖陀螺的保偏光纖特性研究[J];紅外與激光工程;2007年S2期

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本文編號：2534497