本文關(guān)鍵詞：空間非對(duì)稱調(diào)制型光纖M-Z干涉儀

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【摘要】：近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步,食品、環(huán)境、工程檢測(cè)成為社會(huì)發(fā)展過程中越來越重要的一個(gè)環(huán)節(jié),新型傳感器的研制成為學(xué)術(shù)界與工程界的熱點(diǎn)課題。光纖傳感器作為新型傳感器的重要成員,因其結(jié)構(gòu)緊湊、抗電磁干擾、靈敏度高、反應(yīng)快、易于復(fù)用、可遠(yuǎn)程感測(cè)等諸多優(yōu)勢(shì),已在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。其中,光纖馬赫-曾德爾干涉儀(MZI),就是其應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一,MZI的工作原理是利用待測(cè)參量改變信號(hào)臂與參考臂之間的相位差,然后通過解調(diào)技術(shù)得到所需感測(cè)參量的實(shí)際信息。光纖由于其體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn),通過微加工技術(shù)將兩路光集成在同一根光纖上,可以制成結(jié)構(gòu)更加緊湊,性價(jià)比更高的全光纖MZI。本文從非對(duì)稱折射率調(diào)制的設(shè)計(jì)角度出發(fā),提出并制作了兩種新型光纖MZI,建立了理論分析模型,并進(jìn)行了彎曲和扭轉(zhuǎn)傳感實(shí)驗(yàn),理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。空間非對(duì)稱性的引入,使得MZI具有感測(cè)空間矢量大小和方向的能力,并對(duì)MZI進(jìn)行了彎曲和扭轉(zhuǎn)傳感實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,對(duì)兩種新型MZI進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,有效提高了其傳感性能。1.提出一種基于CO_2激光器脈沖寫制的扇形長(zhǎng)周期光纖光柵(SLPFG)矢量彎曲傳感器,通過寫制漸變柵面的非對(duì)稱長(zhǎng)周期光纖光柵,得到了具有彎曲方向識(shí)別能力的光纖MZI。進(jìn)行了彎曲傳感實(shí)驗(yàn)測(cè)量,在-2.0 m~(-1)~0 m~(-1)彎曲測(cè)量范圍內(nèi),SLPFG彎曲靈敏度為8.53 nm/m~(-1);在0 m~(-1)~2.0 m~(-1)彎曲測(cè)量范圍內(nèi),SLPFG彎曲靈敏度為2.82 nm/m~(-1)。在獲得較高靈敏度的同時(shí),解決了普通CO_2激光器脈沖寫制的LPFG對(duì)微彎不敏感的問題。2.建立了SLPFG干涉模型,將普通長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)的干涉譜與不同傾斜角度SLPFG的干涉譜進(jìn)行了對(duì)比,計(jì)算了LPFG與SLPFG的柵格折射率調(diào)制深度,分析了4°SLPFG的干涉機(jī)理。并從理論上解釋了SLPFG彎曲靈敏度非對(duì)性的原因。3.提出一種基于熊貓型保偏光纖拉制扭轉(zhuǎn)錐的光纖MZI方向性扭轉(zhuǎn)傳感器,采用施加預(yù)扭應(yīng)力拉錐方法使錐區(qū)形成螺旋結(jié)構(gòu),得到了具有扭轉(zhuǎn)方向識(shí)別能力的光纖MZI。進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)傳感實(shí)驗(yàn)測(cè)量,在-8 rad/m~0 rad/m測(cè)量范圍內(nèi),扭轉(zhuǎn)靈敏度達(dá)到2.392nm/rad.m~(-1);在0 rad/m~8 rad/m測(cè)量范圍內(nèi),扭轉(zhuǎn)靈敏度達(dá)到1.071nm/rad.m~(-1),實(shí)現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)大小與方向的測(cè)量。4.建立了保偏光纖扭轉(zhuǎn)錐干涉模型,分析了其干涉譜峰值扭轉(zhuǎn)響應(yīng)不同的原因,對(duì)峰值的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)進(jìn)行了理論計(jì)算,并得出了與實(shí)驗(yàn)較為符合的響應(yīng)曲線。
【關(guān)鍵詞】：光纖M-Z干涉儀 矢量傳感 彎曲傳感 扭轉(zhuǎn)傳感 非對(duì)稱調(diào)制 長(zhǎng)周期光纖光柵 錐
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH744.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 第一節(jié) 光纖干涉型傳感概述10-17
• 1.1.1 光纖傳感器的發(fā)展10-12
• 1.1.2 Mach-Zehnder光纖干涉?zhèn)鞲衅?/span>12-13
• 1.1.3 Michelson光纖干涉?zhèn)鞲衅?/span>13-15
• 1.1.4 Fabry-perot光纖干涉?zhèn)鞲衅?/span>15-16
• 1.1.5 Sagnacc光纖干涉?zhèn)鞲衅?/span>16-17
• 第二節(jié) 空間非對(duì)稱調(diào)制型光纖M-Z干涉儀研究進(jìn)展17-20
• 1.2.1 空間非對(duì)稱調(diào)制干涉儀發(fā)展17-18
• 1.2.2 空間非對(duì)稱調(diào)制方法簡(jiǎn)介18-20
• 第三節(jié) 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)20-22
• 1.3.1 論文研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)21-22
• 第二章 光纖M-Z干涉儀的工作原理分析22-30
• 第一節(jié) 光纖M-Z干涉儀的工作機(jī)理22-24
• 第二節(jié) 光纖M-Z干涉儀標(biāo)量傳感原理24-27
• 2.2.1 折射率傳感24-26
• 2.2.2 溫度傳感26-27
• 第三節(jié) 光纖M-Z干涉儀矢量傳感原理27-29
• 2.3.1 彎曲傳感27-28
• 2.3.2 扭轉(zhuǎn)傳感28-29
• 本章小結(jié)29-30
• 第三章 扇形光柵矢量彎曲傳感器30-38
• 第一節(jié) 矢量彎曲傳感器的研究背景30-32
• 第二節(jié) 基于扇形光柵矢量彎曲傳感器理論研究32-35
• 3.2.1 扇形光柵傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模式分析32-33
• 3.2.2 不同傾斜角度扇形光柵光譜特性33-35
• 第三節(jié) 扇形光柵矢量彎曲傳感器實(shí)驗(yàn)研究及結(jié)果分析35-37
• 本章小結(jié)37-38
• 第四章 扭轉(zhuǎn)錐光纖M-Z干涉儀38-46
• 第一節(jié) 扭轉(zhuǎn)傳感器的研究背景38-39
• 第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)錐光纖M-Z干涉儀理論研究39-42
• 第三節(jié) 扭轉(zhuǎn)錐光纖M-Z干涉儀實(shí)驗(yàn)研究及結(jié)果分析42-45
• 4.3.1 扭轉(zhuǎn)特性研究及分析42-45
• 4.3.2 溫度特性研究及分析45
• 本章小結(jié)45-46
• 第五章 總結(jié)與展望46-48
• 一、總結(jié)46-47
• 二、展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-55
• 致謝55-56
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果56

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