發(fā)布時間：2020-07-14 19:48

【摘要】：光纖Sagnac干涉儀常被用來進行應變、溫度、壓力等的傳感。近年來,很多研究學者通過改變Sagnac環(huán)的結構或者涂覆其他材料,使Sagnac環(huán)應用更加廣泛。游標效應是一種常見的數(shù)學原理,它被廣泛應用于測量領域。游標卡尺就是一種基于游標效應的長度測量工具,它利用主尺和副尺之間的微小的刻度差來實現(xiàn)刻度精細化,從而提高了測量的精度。本文的主要研究內容是光纖Sagnac干涉游標效應及傳感應用。主要對兩種Sagnac干涉級聯(lián)結構做了研究和討論,具體內容如下:1.研究了基于雙Sagnac環(huán)級聯(lián)結構的游標放大效應,并將其應用到溫度傳感和應力傳感。首先將兩段不同長度的保偏分別嵌入兩個Sagnac環(huán)中,并探究了這兩個Sagnac環(huán)級聯(lián)產生的游標包絡的周期大小的對溫度靈敏度的影響。當兩段保偏光纖的長度越接近時,產生的游標包絡的周期越大,溫度靈敏度越高。其次,以2.01 m和1.79 m的保偏光纖的長度為例,探究了基于雙Sagnac環(huán)級聯(lián)的應力傳感器的靈敏度,比基于單個Sagnac環(huán)的應力傳感器的靈敏度高8.22倍。提出并實現(xiàn)了基于單個Sagnac環(huán)的游標放大效應,大大簡化了傳感器結構。在一個Sagnac環(huán)內嵌入兩段不同長度的保偏光纖,兩段保偏光纖之間轉軸熔接,即兩個快軸之間有一個夾角。同時,探究了基于單個Sagnac環(huán)游標放大效應的溫度傳感器的特性。當兩段保偏光纖的長度差越小,傳感器的游標包絡周期越大,溫度靈敏度放大倍數(shù)越大。2.提出并實現(xiàn)了一種基于單個Sagnac環(huán)游標放大效應的氫氣傳感器。將氫氣敏感膜Pt/WO_3/SiO_2粉末涂覆在保偏光纖表面,當Pt/WO_3/SiO_2粉末與氫氣接觸時,WO_3會與氫氣發(fā)生氧化還原反應,在保偏光纖表面釋放熱量,引起Sagnac游標包絡的漂移。在0%-0.8%氫氣濃度范圍內,傳感器的靈敏度為14.61 nm/%。3.提出并實現(xiàn)了一種基于單個Sagnac環(huán)游標放大效應的揮發(fā)性有機物傳感器。將VOC敏感膜聚吡咯涂覆在保偏光纖表面,當聚吡咯吸收VOC氣體分子時,會加速聚吡咯分子內部的電子躍遷引起膨脹,在保偏光纖表面產生一個應力,引起引起Sagnac游標包絡的漂移。在VOC濃度0 ppm-42 ppm范圍內,傳感器的靈敏度為239 nm/ppm,且傳感器的響應時間快,穩(wěn)定性好。
【學位授予單位】：中國計量大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN253
【圖文】：

應力雙折射保偏光纖結構示意圖

Sagnac干涉效應原理圖

Γ囡詮庀送ㄐ藕凸庀舜鄒辛煊虻玫攪斯惴旱賾τ謾Ｍ?1.1 應力雙折射保偏光纖結構示意圖1.3 光纖 Sagnac 干涉儀1.3.1 Sagnac 效應Sagnac 效應，是一種由旋轉引起的干涉現(xiàn)象[17]。圖 1.2 是 Sagnac 效應的原理圖。一束光從光源發(fā)出被分束器分成兩束沿著相反方向傳播的光，這兩束相向傳播的光經(jīng)反射鏡反射以后再次進入分束器形成干涉，最后進入光探測器。隨著光線傳感技術的發(fā)展，Sagnac 效應在傳感領域中的應用越來越廣泛。圖 1.2 Sagnac 干涉效應原理圖

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本文編號：2755409