光纖傳感器具有抗干擾能力強,靈敏度高,靈活小巧等諸多優(yōu)異的性質,近年來被廣泛研究。而有線傳感器由于受排線限制,在復雜環(huán)境下的應用受到限制,將光纖傳感器的數(shù)據(jù)通過無線的方式進行傳輸,可以拓展光纖傳感器的應用。本文制作了一種可以進行多參量測量的光纖Mach-Zehnder干涉儀傳感結構,并制作了一套用于將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)南到y(tǒng),研究內容主要如下:首先介紹了關于光纖Mach-Zehnder干涉儀近些年的研究現(xiàn)狀和研究進展,從理論上論述了光纖Mach-Zehnder干涉儀的傳感原理并詳細說明該干涉儀的溫度傳感與折射率傳感的基本原理。然后對帶涂覆層的彎曲型光纖Mach-Zehnder干涉儀的溫度傳感特性、折射率傳感特性和位移傳感特性進行了研究,實驗結果表明結構溫度靈敏度最高可達4.224nm/°C、對折射率不敏感、對位移有響應;對無涂覆層的彎曲型光纖Mach-Zehnder干涉儀的溫度傳感特性和折射率傳感特性進行了研究,實驗結果表明結構溫度靈敏度可達0.046nm/°C,折射率靈敏度可達201.48nm/RIU。通過對比有無涂覆層的光纖干涉儀的傳感特性實驗研究結果認為涂覆層對溫度的測量和折射率的測量有影響。最后利用STM32F407、ESP8266和機智云開發(fā)平臺制作了一套用于數(shù)據(jù)無線傳輸和顯示的系統(tǒng),可以將數(shù)據(jù)通過STM32F407和ESP8266上傳至云服務器,利用智能手機APP對數(shù)據(jù)進行顯示。測試表明該系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,為光纖干涉儀的無線數(shù)據(jù)傳輸提供可能性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

圖 1-1 光纖傳感過程示意圖纖傳感器有多種分類方法，其中，根據(jù)傳感單元的不同分為功能型當光纖既作為傳輸介質用來傳輸光又作為傳感單元對物理量進行感屬于功能型的；當光纖只作為傳輸介質用來傳輸光而不作為傳感單行感知時，傳感器屬于非功能型的。根據(jù)光調制方法的不同，分為]、相位調制型[15]、和偏振調制型[16]、波長調制型[17]，時間分辨調制化調制型。文所研究的光纖干涉儀屬于相位調制型。具有代表性的光纖干涉儀。)光纖 Mach-Zehnder 干涉儀纖 Mach-Zehnder 干涉儀（MZI）基本結構原理圖如圖 1-2 所示�；缮嬖怼９饨�(jīng)過分束器被分成兩部分，參考光束和傳感光束，傳感臂進行傳輸，然后兩束光會通過傳感臂和參考臂在另一個耦合根光纖中重新成為一束光，光通過兩個臂時由于光程不同而產生相光重新合成一束光時就會產生干涉。這種干涉儀是通過讓外界環(huán)境

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文現(xiàn)光的分束和合束，微小的錯位會使光纖纖芯和包層的橫截面之間出現(xiàn)物理上的對接，當光沿著纖芯前進經(jīng)過錯位點時，有部分光耦合進包層中，剩余的光繼續(xù)沿著纖芯前進，同理在第二個錯位處，包層的光重新耦合回纖芯，發(fā)生干涉；有通過在熔接處放電使其進行坍塌的方式構成光纖 Mach-Zehnder 干涉儀；有通過將不同種類的光纖熔接[23-24]，利用芯徑失配而實現(xiàn)雙光束干涉等方法。這種全光纖型 Mach-Zehnder 干涉儀在溫度、應變、折射率等物理量測量方面有廣泛的應用

圖 1-3 光纖 Michelson 干涉儀的結構原理圖(3)光纖 Fabry-Pérot 干涉儀在光纖中進行多光束干涉的概念是 Cielo 等人在 1979 年提出的[27]，這個想兩年后被 Petuchowski 等人實現(xiàn)。在此之前都是用耦合器進行光纖干涉儀的與合并，這次實現(xiàn)為光纖干涉儀的制作提出了新的思路。光纖 Fabry-Pérot 干涉儀基本結構原理圖如圖 1-4 所示。干涉原理基于多光涉原理。光纖 Fabry-Pérot 干涉儀的主要結構是一個光纖干涉腔，光纖腔的兩面具有一定的反射率，被考慮成兩個反射面，當沿著光纖纖芯傳播的光到達腔的第一個反射面的時候，光被分成兩部分，一部分束發(fā)生菲涅爾反射，另分透射進入干涉腔，當這部分光到達第二個反射面時，同樣的，部分光被反分光透射，反射光束到達第一個反射面時會有一些光透射回去和第一個反射的反射光發(fā)生干涉。實際制作的干涉腔結構的反射面的由于反射率很小，一似為雙光束干涉。

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