發(fā)布時間：2020-10-14 22:51

　　 科學技術的迅速發(fā)展,經濟水平的逐漸提升,以及國民對大型建筑質量問題的關注等,使得光纖傳感也逐漸進入人們的視線。近年來,關于光纖傳感的相關研究已涉及多個領域,并且也取得了許多的研究成果。光纖傳感器與傳統(tǒng)的電學傳感器相比較有眾多的優(yōu)點,它可以實現(xiàn)大范圍且精度高的檢測,特別是相位調制型的光纖傳感器。針對這一研究熱點,從馬赫-增德爾干涉型(MZI)的傳感結構出發(fā),并借助于雙芯光纖折射率分布的特殊性,本文以雙芯光纖為載體提出一種構造新奇的雙錐角光纖應力傳感器。主要的研究工作如下所述:(1)簡要介紹了本文研究光纖傳感器的大環(huán)境和必要性,以及光纖傳感器和雙芯光纖當前國內外的發(fā)展近況;論述了光纖傳感器的工作機理,剖析了各種類型應力傳感器的優(yōu)勢與不足。(2)根據雙芯光纖的結構特征,結合耦合模式理論剖析研究了雙波導模型的耦合原理。通過MATLAB仿真軟件模擬并論述雙芯光纖的耦合特性,對于對稱結構的雙芯光纖,兩纖芯的互耦合系數(shù)是一樣的。而對于非對稱的雙芯光纖,其耦合因子的大小代表了兩個纖芯耦合的強弱。(3)從光纖結構連接以及光纖間的熔接方法出發(fā),研究并模擬雙芯光纖結構參數(shù)、偏置位移的變化等對光纖傳感器傳輸能量的分布和光譜特性的影響。對雙芯光纖MZI傳感原理以及應力傳感原理進行分析與研究。(4)基于對拉錐結構和偏置結構的仿真分析,提出了一種基于馬赫-增德爾干涉儀的雙錐角雙芯光纖應力傳感器。通過實驗分別探究了雙錐角與偏置結構級聯(lián)、與拉錐結構級聯(lián)的應力傳感特性。實驗數(shù)據顯示,該結構的應力傳感器不僅制作簡單且靈敏度較高。進一步分析實驗數(shù)據,得到雙錐角與偏置結構級聯(lián)的傳感器在波長為1716.5nm處的應力靈敏度為7.6pm/με,在波長為1446.2nm處獲得了最大的消光比19.3dB,且此處的應力靈敏度為6.39pm/με。相比于其他的應力傳感器,該結構的傳感器性能有了很大的改善,其靈敏度約為之前提出結構的兩倍左右。而雙芯光纖與單模光纖錐接的傳感器結構在波長1455.5nm處獲得的應力靈敏度為2.66pm/με,在波長為1665.9nm處得到的靈敏度為2.36pm/με。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN253;TP212
【部分圖文】：

?北京交通大學碩士學位論文???干涉腔，光束在干涉腔內來回反射后形成了多個光束的相互干擾【１｜］。其原理圖見圖??１－４。當有外界應力作用時，干涉腔長度的改變會導致干涉圖譜產生變化，只要通??過檢測干涉圖譜便可以獲取應力的變化。由于光纖的波導作用，使得光纖法布里－??珀羅干涉儀的腔長可以是幾厘米、甚至長至幾十米，其精細度也比較高，而且是使??用一根光纖。所以，在光纖傳感領域受到的重視也越來越多??

Ｆｉｇ．?１－５?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｓａｇｎａｃ?ｐｈａｓｅ?ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?ｓｅｎｓｏｒ??（２）光纖光柵型應力傳感器??光纖光柵主要是依靠光纖材料的光敏特性來發(fā)揮作用的。光纖光柵型應力傳??感器是通過在一定方法的作用下，引起纖芯的折射率發(fā)生軸向規(guī)律性變化從而形??成衍射光柵［１２】對光信號產生影響，它的調諧波對應力的變化比較敏感。主要應用??于應力傳感器的光柵有布拉格光纖光柵和長周期光纖光柵。??布拉格光纖光柵（Ｆｉｂｅｒ?Ｂｒａｇｇ?Ｇｒａｔｉｎｇ，?ＦＢＧ）的周期是均勻的，且為常數(shù)。光纖??纖芯區(qū)的折射率按規(guī)律變化導致光纖波導條件的變動從而形成布拉格光柵，它可??以將光信號中選定波長的那部分反射回去［１３，１４］。ＦＢＧ傳感的原理是：當外界應力??發(fā)生變化時，ＦＢＧ的有效折射率會呈周期性變化，從而引起布拉格波長漂移，外??界作用力大小的不同將會導致波長漂移量的變化。致使ＦＢＧ波長產生變化的外界??環(huán)境中，最直接的便是應力，無論是對光柵進行拉長或是縮短，都會引起光柵周期??的改變，并且光柵本身也是具有彈光效應的，這種效應對有效折射率產生的影響會??加強布拉格波長的漂移。但是因為該類傳感器ＦＢＧ波長的變化也受到溫度的干擾，??

，包層傳輸，另一部分仍在纖芯中傳輸。由于纖芯模和包層模存在有效折射率的差異，??因而兩路信號產生了光程差。再到達第二個錐角時，兩路光信號耦合形成干涉。當??有外界應力作用時，兩路光信號的相位差也會隨之改變，可以通過監(jiān)測光譜儀變化??完成應力的測量。光纖拉錐結構簡圖如圖１－６所示。??圖１－６光纖拉錐結構示意圖??Ｆｉｇ．?１－６?Ｆｉｂｅｒ?ｔａｐｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ??２）偏芯熔接??偏芯熔接應用于兩個光纖的連接上。我們通過光纖熔接機對兩段光纖熔接時，??可以錯位熔接以此產生光信號的干涉。其形成干涉的原理與光纖拉錐類似。下圖１－??７為偏芯熔接的示意圖。??
【參考文獻】

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本文編號：2841305