在當(dāng)今信息化、智能化的時(shí)代,對信息的傳輸、感知、提取是必不可少的環(huán)節(jié),而傳感技術(shù)則為這些環(huán)節(jié)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)做有力支撐。以光波作為信號(hào)的載體,將光纖作為光波的傳輸媒質(zhì)和檢測外界參量變化的新型光纖傳感技術(shù)在生物、醫(yī)療、軍事、煤礦、石油管道、智能結(jié)構(gòu)、大型建筑物結(jié)構(gòu)健康檢測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本文基于光纖微球的耦合特性、分光合光特性及錐形光纖的強(qiáng)倏逝場特性開發(fā)新型、低成本、易制作、高性能的光纖傳感器。本文主要工作如下:1.介紹光纖傳感器的背景、分類、應(yīng)用�？偨Y(jié)光纖傳感器檢測微位移、溫度、折射率、液位等參量的最新進(jìn)展,分析了其優(yōu)點(diǎn)與目前存在的不足。推導(dǎo)光纖傳感器的基礎(chǔ)理論,為本文設(shè)計(jì)的新型光纖傳感器的工作原理提供合理的理論解釋。2.設(shè)計(jì)了一種基于單模光纖（Single Mode Fiber,SMF）端面微球耦合的微位移傳感器。闡述了光纖微球的制作方法并實(shí)驗(yàn)證實(shí)光纖微球的高耦合特性。光纖端面微球就相當(dāng)于一個(gè)透鏡,對光有一定的會(huì)聚作用,提高了光纖的耦合效率,增加了測量范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在室溫下,0μm-3725μm的位移變化范圍內(nèi)該傳感器的靈敏度為0.00401 dBm/μm。3.設(shè)計(jì)了一種基于光... 

【文章來源】：浙江師范大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

丁達(dá)爾實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.緒論4該傳感器最大高靈敏度為-0.385dB/μm[44]。2015年，QiWang等人，基于光纖雙環(huán)耦合諧振腔的光減速技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于環(huán)路損耗和彎曲損耗調(diào)制器的微位移傳感器，如圖1.2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該傳感器在0μm-350μm位移檢測范圍內(nèi)，位移靈敏度為50ns/mm，位移分辨率為2μm[45]。圖1.2光纖雙環(huán)耦合諧振器微位移測量的實(shí)驗(yàn)裝置[45]2016年，ChiWang等人研究了一種基于超小型自聚焦光纖探頭的新型集成光纖干涉儀測量微位移的方法。提出集成光纖干涉儀的結(jié)構(gòu)模型，建立集成光纖干涉儀的硬件系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在給定的實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器的線性測量范圍、線性度和靈敏度分別為10μm、1.36%和8.8mv/μm[46]。2017年，ZongdaZhu等人提出并實(shí)現(xiàn)一種基于SPR的光纖微位移傳感器。利用光纖拋模技術(shù)在漸變折射率多模光纖(Gradedindexmultimodefiber,GIMMF)上制作一個(gè)Kretschmann結(jié)構(gòu)并鍍上金膜，產(chǎn)生SPR效應(yīng)。移動(dòng)SMF來改變?nèi)肷涔馐膹较蛭恢茫瑢?dǎo)致共振波長發(fā)生漂移，根據(jù)共振波長的漂移量可以反演出微位移的變化量。該光纖微位移傳感器的檢測范圍為0μm-25μm，最大靈敏度為-10.32nm/μm和最小分辨率為2nm[47]。2018年，Yong-SikKim等人提出利用拋光光纖和調(diào)制激光光源測量MEMS器件位移的法布里-珀羅干涉位移傳感器。拋光光纖和MEMS器件的側(cè)壁構(gòu)成傳感器的法布里-珀羅腔。該傳感器采用正弦相位調(diào)制和極值點(diǎn)搜索算法，能夠?qū)崟r(shí)測量大于激光波長的位移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該位移傳感器具有測量位移大于3μm的能力，測量精度小于35nm[48]。2019年，YueWu等人將氣球型干涉儀與光纖布拉格光柵（FiberBragggrating,

1.緒論6包層模的共振波谷，折射率和溫度的靈敏度分別為44.69nm/RIU和38.6pm/℃、72.21nm/RIU和32.1pm/℃[57]。PengchengChen等人利用飛秒激光在標(biāo)準(zhǔn)SMF端面附近的纖芯中引入折射率可變點(diǎn)，提出了一種用于高溫測量的光纖法布里-珀羅探針傳感器。在100℃-500℃和500-1000℃范圍內(nèi)其靈敏度分別為13.9pm/℃和18.6pm/℃[58]。2019年，ZilongLiu等人基于光纖的MZI和一個(gè)結(jié)型微環(huán)諧振器制成溫度傳感器，將帶結(jié)型微環(huán)諧振器嵌入聚二甲基硅氧烷中作為溫度傳感。由于聚二甲基硅氧烷的熱光系數(shù)較高，當(dāng)環(huán)境溫度升高，傳感器干涉譜藍(lán)移，其靈敏度為-35.12pm/℃[59]。XirenJin等人利用CO2激光器弱功率調(diào)制的錐形長周期光纖光柵可以同時(shí)測量應(yīng)變和溫度。其透射譜中出現(xiàn)了兩個(gè)峰，表現(xiàn)出不同的靈敏度，兩個(gè)峰值的應(yīng)變敏感度分別為1.82pm/με和8.17pm/με,溫度靈敏度分別為47.9pm/℃和65pm/℃[60]。1.3.3光纖折射率傳感器的研究現(xiàn)狀2015年，YongZhao等人提出了在兩個(gè)SMF之間以微小的芯偏移拼接光子晶體光纖（Pohotoniccrystalfiber，PCF）形成MZI，來檢測折射率（如圖1.3所示）。在1.333-1.379折射率范圍內(nèi)，折射率傳感器的靈敏度達(dá)252nm/RIU[61]。圖1.3PCF干涉儀傳感原理圖[61]2016年，AhmedFarid等人提出一種用于增強(qiáng)折射率傳感的微縮TPCF的MZI，在1.3327-1.3634、1.3634-1.3917、1.3917-1.4204的折射率范圍內(nèi)，直徑65μm、長度3.8mm的MZI的折射率靈敏度分別為334.03nm/RIU、673.91nm/RIU、1426.70nm/RIU[62]。2017年，Duanliangcheng等人在空芯光纖上鍍金膜，通過SPR效應(yīng)提高傳感器的靈敏度。在1.27-1.45的大折射率范圍內(nèi)，折射率傳感器的靈敏度為

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3366837