發(fā)布時(shí)間：2020-07-14 19:48

【摘要】：光纖Sagnac干涉儀常被用來進(jìn)行應(yīng)變、溫度、壓力等的傳感。近年來,很多研究學(xué)者通過改變Sagnac環(huán)的結(jié)構(gòu)或者涂覆其他材料,使Sagnac環(huán)應(yīng)用更加廣泛。游標(biāo)效應(yīng)是一種常見的數(shù)學(xué)原理,它被廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域。游標(biāo)卡尺就是一種基于游標(biāo)效應(yīng)的長度測(cè)量工具,它利用主尺和副尺之間的微小的刻度差來實(shí)現(xiàn)刻度精細(xì)化,從而提高了測(cè)量的精度。本文的主要研究內(nèi)容是光纖Sagnac干涉游標(biāo)效應(yīng)及傳感應(yīng)用。主要對(duì)兩種Sagnac干涉級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)做了研究和討論,具體內(nèi)容如下:1.研究了基于雙Sagnac環(huán)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的游標(biāo)放大效應(yīng),并將其應(yīng)用到溫度傳感和應(yīng)力傳感。首先將兩段不同長度的保偏分別嵌入兩個(gè)Sagnac環(huán)中,并探究了這兩個(gè)Sagnac環(huán)級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的游標(biāo)包絡(luò)的周期大小的對(duì)溫度靈敏度的影響。當(dāng)兩段保偏光纖的長度越接近時(shí),產(chǎn)生的游標(biāo)包絡(luò)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(jí)聯(lián)的應(yīng)力傳感器的靈敏度,比基于單個(gè)Sagnac環(huán)的應(yīng)力傳感器的靈敏度高8.22倍。提出并實(shí)現(xiàn)了基于單個(gè)Sagnac環(huán)的游標(biāo)放大效應(yīng),大大簡化了傳感器結(jié)構(gòu)。在一個(gè)Sagnac環(huán)內(nèi)嵌入兩段不同長度的保偏光纖,兩段保偏光纖之間轉(zhuǎn)軸熔接,即兩個(gè)快軸之間有一個(gè)夾角。同時(shí),探究了基于單個(gè)Sagnac環(huán)游標(biāo)放大效應(yīng)的溫度傳感器的特性。當(dāng)兩段保偏光纖的長度差越小,傳感器的游標(biāo)包絡(luò)周期越大,溫度靈敏度放大倍數(shù)越大。2.提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于單個(gè)Sagnac環(huán)游標(biāo)放大效應(yīng)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(dāng)Pt/WO_3/SiO_2粉末與氫氣接觸時(shí),WO_3會(huì)與氫氣發(fā)生氧化還原反應(yīng),在保偏光纖表面釋放熱量,引起Sagnac游標(biāo)包絡(luò)的漂移。在0%-0.8%氫氣濃度范圍內(nèi),傳感器的靈敏度為14.61 nm/%。3.提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于單個(gè)Sagnac環(huán)游標(biāo)放大效應(yīng)的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。將VOC敏感膜聚吡咯涂覆在保偏光纖表面,當(dāng)聚吡咯吸收VOC氣體分子時(shí),會(huì)加速聚吡咯分子內(nèi)部的電子躍遷引起膨脹,在保偏光纖表面產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力,引起引起Sagnac游標(biāo)包絡(luò)的漂移。在VOC濃度0 ppm-42 ppm范圍內(nèi),傳感器的靈敏度為239 nm/ppm,且傳感器的響應(yīng)時(shí)間快,穩(wěn)定性好。
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN253
【圖文】：

應(yīng)力雙折射保偏光纖結(jié)構(gòu)示意圖

Sagnac干涉效應(yīng)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(yīng)力雙折射保偏光纖結(jié)構(gòu)示意圖1.3 光纖 Sagnac 干涉儀1.3.1 Sagnac 效應(yīng)Sagnac 效應(yīng)，是一種由旋轉(zhuǎn)引起的干涉現(xiàn)象[17]。圖 1.2 是 Sagnac 效應(yīng)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(jìn)入分束器形成干涉，最后進(jìn)入光探測(cè)器。隨著光線傳感技術(shù)的發(fā)展，Sagnac 效應(yīng)在傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。圖 1.2 Sagnac 干涉效應(yīng)原理圖

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本文編號(hào)：2755409