溫度與當(dāng)今社會環(huán)境息息相關(guān),是最基本、最重要的物理量,因此,溫度的測量和控制非常重要。與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比,光纖溫度傳感器具有本質(zhì)安全、抗電磁干擾、易分布和長距離傳感等優(yōu)點(diǎn),尤其是基于Sagnac環(huán)和FabryPerot（F-P）腔的光纖溫度傳感器還具有抗外界振動(dòng)干擾的優(yōu)點(diǎn),因此受到了研究者的廣泛關(guān)注。然而,基于光纖Sagnac環(huán)的溫度傳感器,受光纖偏振系數(shù)較低的限制,需要大幅增加偏振光纖的長度才能提高溫度測量靈敏度,因此難以實(shí)現(xiàn)傳感頭小型化;基于光纖F-P腔的溫度傳感器,受腔長限制,靈敏度難以提高。針對以上兩種光纖溫度傳感器存在的問題,本文提出了基于游標(biāo)效應(yīng)的混合干涉型和雙腔級聯(lián)干涉型光纖溫度傳感器,具體研究內(nèi)容包括:提出并制備了基于Sagnac環(huán)和F-P腔級聯(lián)的光纖溫度傳感器。首先采用熔接的方法制備了腔長為355μm的單模光纖-石英管-單模光纖（SMF-ST-SMF）型光纖F-P腔;然后將一段長為2.49 m的熊貓光纖與單模光纖熔接制備Sagnac環(huán),最后將光纖F-P腔與光纖Sagnac環(huán)級聯(lián)產(chǎn)生游標(biāo)效應(yīng)。在該結(jié)構(gòu)中,F-P腔對溫度不敏感,作為參考腔,而Sagnac環(huán)對溫度敏感,... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Michelson型光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3量發(fā)生變化時(shí)，會改變傳感臂光纖內(nèi)部折射率，反射光譜發(fā)生漂移，最后解調(diào)反射光譜來實(shí)現(xiàn)參量的測量。2.Mach-Zehnder型光纖傳感器圖1-2M-Z型光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-2StructureschematicdiagramofM-ZsensorsMach-Zehnder（M-Z）型光纖傳感器與Michelson型光纖傳感器有一定的相似之處，如圖1-2所示，同樣由傳感臂和參考臂組成，光信號經(jīng)過3dB耦合器后，被平均分成兩子光束，分別進(jìn)入傳感臂和參考臂，不同的是M-Z型光纖傳感器是解調(diào)透射光的干涉光譜，由于兩臂之間存在光程差，兩子光束在第二個(gè)3dB耦合器中形成干涉光譜，并被光譜儀接收，通過解調(diào)透射光的干涉光譜，就可實(shí)現(xiàn)物理量的測量。與Michelson型光纖傳感器相比較，M-Z型光纖傳感器的體積較小，且性能比較穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。3.Fabry-Perot型光纖傳感器圖1-3F-P型光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-3StructureschematicdiagramofF-Psensors圖1-3所示為Fabry-Perot（F-P）型光纖傳感器，反射面M1和M2會先后依次反射回兩束光，兩束光經(jīng)由3dB耦合器后產(chǎn)生干涉光譜，被光譜儀接收。當(dāng)外界參量發(fā)生變化時(shí)，會導(dǎo)致F-P腔內(nèi)的介質(zhì)折射率和腔長發(fā)生改變，使得反射光譜隨被測物理量的變化而變化，通過解調(diào)反射光譜，就可實(shí)現(xiàn)對外界物理參量的測量。4.Sagnac型光纖傳感器Sagnac型光纖傳感器結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，光信號經(jīng)由3dB耦合器分成兩束子光束，分別在環(huán)中沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向傳播，Sagnac環(huán)是由雙折射光纖構(gòu)成，外界物理量會影響其雙折射系數(shù)，從而改變兩束光的相位差，借此來實(shí)現(xiàn)外界參量的測量。

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3量發(fā)生變化時(shí)，會改變傳感臂光纖內(nèi)部折射率，反射光譜發(fā)生漂移，最后解調(diào)反射光譜來實(shí)現(xiàn)參量的測量。2.Mach-Zehnder型光纖傳感器圖1-2M-Z型光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-2StructureschematicdiagramofM-ZsensorsMach-Zehnder（M-Z）型光纖傳感器與Michelson型光纖傳感器有一定的相似之處，如圖1-2所示，同樣由傳感臂和參考臂組成，光信號經(jīng)過3dB耦合器后，被平均分成兩子光束，分別進(jìn)入傳感臂和參考臂，不同的是M-Z型光纖傳感器是解調(diào)透射光的干涉光譜，由于兩臂之間存在光程差，兩子光束在第二個(gè)3dB耦合器中形成干涉光譜，并被光譜儀接收，通過解調(diào)透射光的干涉光譜，就可實(shí)現(xiàn)物理量的測量。與Michelson型光纖傳感器相比較，M-Z型光纖傳感器的體積較小，且性能比較穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。3.Fabry-Perot型光纖傳感器圖1-3F-P型光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-3StructureschematicdiagramofF-Psensors圖1-3所示為Fabry-Perot（F-P）型光纖傳感器，反射面M1和M2會先后依次反射回兩束光，兩束光經(jīng)由3dB耦合器后產(chǎn)生干涉光譜，被光譜儀接收。當(dāng)外界參量發(fā)生變化時(shí)，會導(dǎo)致F-P腔內(nèi)的介質(zhì)折射率和腔長發(fā)生改變，使得反射光譜隨被測物理量的變化而變化，通過解調(diào)反射光譜，就可實(shí)現(xiàn)對外界物理參量的測量。4.Sagnac型光纖傳感器Sagnac型光纖傳感器結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，光信號經(jīng)由3dB耦合器分成兩束子光束，分別在環(huán)中沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向傳播，Sagnac環(huán)是由雙折射光纖構(gòu)成，外界物理量會影響其雙折射系數(shù)，從而改變兩束光的相位差，借此來實(shí)現(xiàn)外界參量的測量。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于游標(biāo)效應(yīng)增敏的全光纖液體折射率傳感器[J]. 趙玉欣,姜久興,楊玉強(qiáng),王永光,盧建達(dá),劉家成.  光子學(xué)報(bào). 2019(11)
[2]淺談光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 唐江凌,胡君輝.  科技視界. 2019(02)
[3]基于游標(biāo)效應(yīng)的增敏型光纖法布里-珀羅干涉儀溫度傳感器[J]. 楊易,徐賁,劉亞銘,李萍,王東寧,趙春柳.  物理學(xué)報(bào). 2017(09)
[4]光纖Fabry-Perot干涉式溫度測量[J]. 畢衛(wèi)紅,王昕,郎利影.  光電子·激光. 2002(12)

碩士論文
[1]光纖F-P傳感器及其靈敏度提高機(jī)理的研究[D]. 胡玲.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3331313