強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器是光纖傳感器的重要類型,由于結(jié)構(gòu)簡單、解調(diào)容易、可絕對測量、抗干擾和成本低等優(yōu)點(diǎn),在光纖傳感技術(shù)發(fā)展初期即被廣泛研究并最早進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和信號處理方面投入較少,導(dǎo)致光源輸出功率波動和光路寄生強(qiáng)度調(diào)制嚴(yán)重影響了傳感器的測量精度和穩(wěn)定性,因此強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感一直被認(rèn)為是一種低精度傳感手段,影響了這類型光纖傳感器的應(yīng)用。本文在分析現(xiàn)有強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器強(qiáng)度補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于脈沖自參考的強(qiáng)度補(bǔ)償技術(shù),從理論上可以完全抑制光源強(qiáng)度波動、光路傳輸損耗變化、耦合器耦合比波動、光電探測器響應(yīng)度差異等諸多影響因素;本文基于該技術(shù)設(shè)計(jì)了高精度強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感方案并進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。通過對所設(shè)計(jì)的高精度強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感方案在強(qiáng)度補(bǔ)償能力、噪聲和穩(wěn)定性三方面的工作性能進(jìn)行測試和優(yōu)化,使其初步具備了物理量高精度傳感的能力。在此基礎(chǔ)上,為擴(kuò)展其應(yīng)用范圍和驗(yàn)證其實(shí)現(xiàn)高精度傳感的能力,利用優(yōu)化后的系統(tǒng),通過具體傳感單元的設(shè)計(jì),分別進(jìn)行了基于光纖端面菲涅耳反射的折射率傳感、基于低折射率涂覆材料覆蓋的微納光纖探頭的溫度傳感和基于光纖端面... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【圖文】：

基于光纖微彎傳感的心率與呼吸監(jiān)測傳感器[25]

。以光纖Michelson干涉儀型為例，它是一種雙光束干涉儀，光束被耦合器分為兩路光經(jīng)過信號臂和參考臂的各自反射，再經(jīng)過耦合器輸出干涉，其干涉波形取決于兩臂光程差，當(dāng)信號臂受外界擾動時，光程差發(fā)生變化，從而反映到干涉信號之中實(shí)現(xiàn)傳感。該類型的相位調(diào)制型光纖傳感器在諸多物理量探測領(lǐng)域均有應(yīng)用，如水聲信號[14]、液體流速探測[27]、溫度和折射率探測[28]等。下圖1.2所示為信號端接入高雙折射(highbirefringence,Hi-Bi)光纖的Michelson干涉儀，通過測量干涉消光比的變化，能實(shí)現(xiàn)溫度和折射率的同時測量。圖1.2信號端接入Hi-Bi光纖的Michelson干涉儀[28]1.2.2.4偏振調(diào)制型光纖傳感器利用外界信號引起光纖中光波模式的偏振態(tài)變化來探測物理量的光纖傳感器，稱為偏振調(diào)制型光纖傳感器[1]。根據(jù)原理方式不同，又可以將其分為功能型偏振調(diào)制和非功能型偏振調(diào)制。前者是利用光纖自身的磁光效應(yīng)和彈光效應(yīng)等物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對外界信號的響應(yīng)，后者主要是利用透明介質(zhì)的磁光效應(yīng)和旋光特性，即Farady效應(yīng)和Pockel光電效應(yīng)。目前能夠直接改變光纖中傳輸光偏振態(tài)的物理量主要是磁場（電場），即利用磁光效應(yīng)進(jìn)行調(diào)制，制成磁嘗電

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第4頁流傳感器[29-31]。下圖1.3所示是一種電流傳感器，它通過將光纖盤繞在導(dǎo)線周圍，利用導(dǎo)線中通過的電流來改變光纖所處磁場環(huán)境，利用磁致旋光效應(yīng)正比于傳導(dǎo)的電流的特點(diǎn)，通過檢測光纖中傳輸光的偏振態(tài)變化，來獲取電流大小信息。圖1.3盤繞光纖的偏振調(diào)制型光纖電流傳感器[29]1.2.2.5頻率調(diào)制型光纖傳感器利用外界信號對光纖中傳輸?shù)墓獠l率進(jìn)行調(diào)制以探測物理量的光纖傳感器，稱為頻率調(diào)制型光纖傳感器。目前使用較多的是利用運(yùn)動物體的反射光或散射光的多普勒（Doppler）頻移效應(yīng)來檢測物體的運(yùn)動速度、液體的流量與流速等。Larry.Fabiny等人在1997年提出的光纖速度干涉儀[32]就是其中的一個典型例子：經(jīng)過運(yùn)動物理反射回耦合器的光在干涉儀上被分為兩路，由于兩臂有光程差的存在，t時刻的反射光經(jīng)過短臂能與t-τ時刻的光進(jìn)行混頻，這兩束光的多普勒頻移ν(t)和ν(tτ)分別與運(yùn)動物體速度u(t)和u(tτ)對應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對于速度的傳感，其原理圖如圖1.4所示。圖1.4頻率調(diào)制型光纖速度干涉儀結(jié)構(gòu)圖[32]1.3強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感概述作為被最早利用的光纖傳感技術(shù)，強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器通過檢測外界物理

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Miniature temperature sensor based on optical microfiber[J]. 衛(wèi)正統(tǒng),宋章啟,張學(xué)亮,于洋,孟洲.  Chinese Optics Letters. 2013(11)
[2]利用ZnO薄膜溫變特性構(gòu)建光纖溫度傳感器[J]. 隋成華,鄭東,劉玉玲,蔡萍根,許曉軍.  光電工程. 2009(10)
[3]磁控濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展[J]. 余東海,王成勇,成曉玲,宋月賢.  真空. 2009(02)
[4]Optical fiber temperature sensor based on wavelength-dependent detection[J]. 李志剛,杜振輝,王寶光,蔣誠志.  Chinese Optics Letters. 2004(04)
[5]半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器[J]. 許忠保,葉虎年,葉梅.  半導(dǎo)體光電. 2004(01)
[6]強(qiáng)度型光纖傳感器補(bǔ)償技術(shù)的研究綜述[J]. 楊華勇,呂海寶,徐濤,羅武勝.  激光技術(shù). 2002(06)
[7]強(qiáng)度型光纖傳感測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究[J]. 羅武勝,徐濤,呂海寶,楊華勇.  儀表技術(shù)與傳感器. 2002(10)
[8]Multimode Optical Fiber Displacement Sensor[J]. SHANG Li-ping, ZHENG De-zhong, YU Si-yuan, SHI Jin-shan (Yanshan University, Qinhuangdao 066004, CHN).  Semiconductor Photonics and Technology. 2000(03)
[9]Lyot退偏器的相干分析[J]. 池灝,章獻(xiàn)民,陳抗生,徐森祿.  浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2000(02)
[10]激光偏振方向和強(qiáng)度變化對分光光強(qiáng)的影響[J]. 呂海寶,馮勤群,周衛(wèi)紅,曹聚亮,徐濤,陳智鋒.  光學(xué)技術(shù). 1999(05)

博士論文
[1]微納光纖倏逝場特性及微污染傳感技術(shù)研究[D]. 衛(wèi)正統(tǒng).國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[2]光纖傳感復(fù)用擴(kuò)容與組網(wǎng)應(yīng)用研究[D]. 李曉磊.華中科技大學(xué) 2013
[3]強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器建模分析與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D]. 朱珊瑩.華中科技大學(xué) 2011
[4]基于黑體腔特性的光纖高溫測試技術(shù)及系統(tǒng)的研究[D]. 蔡璐璐.燕山大學(xué) 2010
[5]反射式強(qiáng)度型光纖傳感器強(qiáng)度調(diào)制特性的數(shù)學(xué)模型與關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 楊華勇.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2002

碩士論文
[1]InGaAs PIN光電探測器和ASE寬譜光源的老化研究[D]. 金露凡.天津大學(xué) 2014
[2]2×2單模光纖耦合器的偏振特性研究[D]. 郝蘊(yùn)琦.哈爾濱工程大學(xué) 2007



本文編號：2963696