本文關(guān)鍵詞：干涉型光纖傳感關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：干涉型光纖傳感器具有響應(yīng)靈敏度高、超大的頻率動態(tài)響應(yīng)范圍、抗電磁干擾等特點。基于以上特點,干涉型光纖傳感器已被廣泛應(yīng)用于石油化工、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,因此干涉型光纖傳感技術(shù)作為傳感領(lǐng)域中最重要的傳感技術(shù)之一備受關(guān)注。本論文主要對全光纖干涉結(jié)構(gòu)的制作工藝與方法、響應(yīng)增敏技術(shù)以及傳感器信號解調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,設(shè)計并制作了幾種新型的高靈敏光纖傳感器,并對傳感器的折射率、溫度、氣體濃度等物理量的響應(yīng)特性進行了理論和實驗研究。本文主要研究工作及創(chuàng)新點如下:(1)設(shè)計基于單模光纖-多模光纖-單模光纖-錯位熔接點-單模光纖結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀型傳感器,制作了傳感器樣品,并對傳感器的折射率響應(yīng)特性進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明:溶液折射率變化范圍為1.3589-1.3922時可實現(xiàn)折射率的檢測。并且在1.3720-1.3922的折射率變化范圍內(nèi),傳感器具有很好的線性響應(yīng),線性響應(yīng)靈敏度為252.06dB/RIU。通過檢測該傳感器輸出光功率的變化可以解調(diào)出折射率變化的信息。將該傳感器應(yīng)用于傳感系統(tǒng)時,不需要昂貴的波長檢測器件,有效降低了檢測成本。(2)設(shè)計并制作了一種基于單模光纖-多模光纖-細芯光纖-單模光纖的Mach-Zehnder干涉儀型可同時測量折射率和溫度的傳感器。通過對傳感器的輸出光譜進行傅里葉變換分析可知,形成傳感器輸出光譜的主要模式為LP01模和LP16模。該傳感器輸出光譜中1535nm和1545nm附近干涉谷的折射率和溫度響應(yīng)靈敏度的理論值分別為-55.90nm/RIU、0.0501nm/℃和-56.26nm/RIU、0.0505nm/℃。在折射率和溫度變化范圍分別為1.3449-1.3972和20℃-90℃的環(huán)境中對傳感器的響應(yīng)特性進行實驗研究,結(jié)果表明:透射光譜中1535nm和1545nm附近干涉谷的折射率和溫度響應(yīng)靈敏度分別為-53.03nm/RIU、0.0465nm/℃和-54.24nm/RIU、0.0542nm/℃。理論分析與實驗結(jié)果相一致。(3)干涉型光纖傳感器的輸出光譜是由多個包層模分別與纖芯模干涉后疊加形成,利用傅里葉變換將起主導(dǎo)作用的包層模與纖芯模所形成的雙光束強度曲線提取出來進行環(huán)境折射率檢測。通過這種方法可以減小由多模干涉效應(yīng)所引起的測量誤差,提高傳感器測量精度。(4)設(shè)計并制作了單模光纖-光纖錐-多模光纖-單模光纖-錯位熔接點-單模光纖結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀型傳感器。在傳感臂中激發(fā)出兩個能量較強的包層模,通過傅里葉變換將這兩個包層模與纖芯模干涉所形成的雙光束強度曲線分別解調(diào)出來,實現(xiàn)折射率和溫度的同時測量。(5)通過將石墨烯材料涂覆技術(shù)與在微納光纖制作技術(shù)相結(jié)合,制作高靈敏的干涉型氣體光纖傳感器,并進行理論分析和實驗研究。上述傳感器具有制作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高等優(yōu)點,通過結(jié)合傳感器響應(yīng)增敏和傳感信號解調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)可以進一步提高傳感器的測量精度和靈敏度,具有一定的實用價值。
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

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本文編號：1186741