【摘要】：光纖傳感技術(shù)將光波作為載體,光纖作為媒介,是一種感知和傳輸外界被測信號的新型傳感技術(shù)。與傳統(tǒng)電學(xué)傳感器件相比,具有靈敏度高,抗電磁干擾、耐高溫、抗腐蝕、靈活性好等優(yōu)點,因此引起人們廣泛的的關(guān)注。二十世紀(jì)九十年代出現(xiàn)了長周期光纖光柵(long-period fiber grating,LPFG),一種具有周期性折射率調(diào)制的無源光纖器件,其超大的周期決定了它與傳統(tǒng)的布拉格光柵(fiber Bragg grating,FBG)相比具有完全不同的耦合機制。LPFG的周期通常有幾十到幾百微米,它可以將處于纖芯的基模耦合到同向傳輸?shù)陌鼘幽Ｖ腥?其中心波長和耦合強度與外界環(huán)境的變化息息相關(guān)。除了具有傳統(tǒng)光纖光柵成本低,制備簡單,易集成等特點,還具有插入損耗小,對多個外部參量敏感,無后向反射等優(yōu)點,所以在通信、傳感等領(lǐng)域都有著十分廣闊的發(fā)展前景。論文主要對光柵光譜特點以及溫度、應(yīng)力、折射率的靈敏度進行理論模擬,對光柵的單參量和多參量的傳感測量進行了研究,具體內(nèi)容如下:(1)結(jié)合長周期光纖光柵的耦合模式,模擬分析了光柵參數(shù)對于波形的影響,各參量靈敏度與光柵參數(shù)的關(guān)系,以及不同刻蝕方法對于光柵參量的影響。(2)將LPFG和FBG進行溫度對比測量,得到LPFG對于溫度的高靈敏度,將LPFG接入薩格納克和馬赫增德爾干涉光路進行溫度測量,得到相同靈敏度表明其不受光路的影響可以保持自身傳感特性。對LPFG進行了微彎和軸向方向上的應(yīng)力測量,得到中心波長和耦合深度關(guān)于應(yīng)力的線性關(guān)系。對LPFG進行了折射率測量,得到中心波長關(guān)于折射率的線性關(guān)系。(3)對保偏光纖的溫度和應(yīng)力傳感特性進行探究,將長周期光纖光柵與保偏光纖通過薩格納克環(huán)路級聯(lián)進行了溫度和應(yīng)力的同時測量,避免了測量單一參量時另一參量的串?dāng)_。對單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)力傳感測量進行探究,將其作為溫度補償器和長周期光纖光柵級聯(lián)使用,實現(xiàn)溫度補償?shù)恼凵渎蕼y量。(4)利用單模光纖組成光纖法布里-玻羅腔,進行微米量級的應(yīng)變測量,利用其結(jié)構(gòu)緊湊、測量穩(wěn)定且只受腔長變化調(diào)制的特點,作為LPFG監(jiān)測溫度、折射率時候的應(yīng)力補償測量。
【圖文】：

纖傳感的原理纖是工作在光波波段的介質(zhì)波導(dǎo)，通常為圓柱狀[1]。光纖開始應(yīng)用于短號和圖像的傳輸，但在傳輸過程中，由于光纖內(nèi)的吸收和散射，會造成大的損耗。因此，光纖在早期應(yīng)用中受到了高損耗的限制，無法實現(xiàn)長質(zhì)量的信號傳輸。1966 年，美籍華人高錕在《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)中提出了光纖通信的概念，并指出只要在光纖的拉制中消除金屬離子雜光纖對光信號的損耗減小到 20dB/km，進而可實現(xiàn)光纖的遠距離傳輸和信。在 1970 年，美國康寧公司研制出世界上第一根衰減系數(shù)為 20dB耗光纖，光纖通信因此得以實現(xiàn)，從而拉開了現(xiàn)代光纖通信的序幕，以石的通信獲得了飛速的發(fā)展。隨著光纖通信的發(fā)展，人們慢慢發(fā)現(xiàn)光纖作為光傳播的媒介，而且光波在光纖中傳輸時，，光波的特征物理量（如幅、偏振態(tài)），會隨著光纖外部環(huán)境的變化（如溫度、壓力、磁場、電場等）發(fā)生相應(yīng)的改變[2]。因此，可以將光纖作為敏感的光學(xué)元件用來探理量，這就是光纖傳感器的基本原理[3-5]，如圖 1-1 所示。

基石的通信獲得了飛速的發(fā)展。隨著光纖通信的發(fā)展，人們慢慢發(fā)現(xiàn)光纖不以作為光傳播的媒介，而且光波在光纖中傳輸時，光波的特征物理量（如波振幅、偏振態(tài)），會隨著光纖外部環(huán)境的變化（如溫度、壓力、磁場、電場、率等）發(fā)生相應(yīng)的改變[2]。因此，可以將光纖作為敏感的光學(xué)元件用來探測物理量，這就是光纖傳感器的基本原理[3-5]，如圖 1-1 所示。圖 1-1 光纖傳感器原理Fig.1-1 Schematic diagram of fiber optic sensor principle.光纖傳感系統(tǒng)是根據(jù)傳輸光波在光纖中的特征參量隨外界物理或化學(xué)量的來檢測相應(yīng)被測參量變化的一種傳感器，結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示，光波作為被測號的載體，光纖作為光波傳播的媒質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TP212

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉雯s

本文編號：2593780