光纖曲率傳感器在交通運輸、建筑結(jié)構(gòu)檢測等領(lǐng)域中得到廣泛的研究和應(yīng)用。其傳感的主要原理是當(dāng)光纖發(fā)生彎曲時,通過傳感器結(jié)構(gòu)輸出光強度的改變或者光譜波長的漂移從而實現(xiàn)對曲率的傳感。根據(jù)傳感器的干涉類型來分類,目前主要存在四種類型的光纖型曲率傳感器。一種是基于光柵型光纖曲率傳感器,主要分為布拉格光纖光柵和長周期光纖光柵型曲率傳感器。其余三種均是基于干涉原理來分類的,主要包括法布里-珀羅干涉型結(jié)構(gòu)、薩格奈克型干涉結(jié)構(gòu)和馬赫曾德爾干涉型傳感結(jié)構(gòu)。其中,基于全光纖結(jié)構(gòu)的馬赫-曾德干涉儀具有簡單的結(jié)構(gòu)和熔接方法、波長測量范圍大等優(yōu)點,是光纖傳感領(lǐng)域中的一個重要的研究方向并取得了許多成果。本論文提出一種基于光纖內(nèi)集成微透鏡式的全光纖曲率傳感結(jié)構(gòu)。理論方面,首先總結(jié)了光纖微透鏡的光耦合理論,建立了光纖內(nèi)集成微透鏡結(jié)構(gòu)模型,并制備出球形和D形兩種光纖微透鏡結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)制備簡單,可重復(fù)性好。理論計算比較了微透鏡結(jié)構(gòu)和平端單模光纖輸出光線的發(fā)散角,并實驗驗證了所制備的微透鏡結(jié)構(gòu)具有準直的效果。利用仿真軟件得到了馬赫曾德干涉譜。隨后通過比較輸入端單模光纖的發(fā)散角和干涉結(jié)構(gòu)的接收角,論證了由于光纖微透鏡結(jié)構(gòu)的存在,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

混合周期性光柵結(jié)構(gòu)示意圖[38]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文32011年，CarletonUniversity的ShaoLY[38]等人，采用相位掩模技術(shù)和振幅掩模技術(shù)，在一段單模光纖上分別制備了傾斜布拉格光柵(tiltedfiberBraggGrating，TFBG)和長周期光柵(longperiodgrating，LPGs)混合結(jié)構(gòu)用于曲率測量。其中，TFBG的傾角為2、周期長度為375um；LPGs的周期為377um，光柵總長均為20mm。結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，實驗表明，在0—7.2m-1曲率范圍內(nèi)，該結(jié)構(gòu)曲率靈敏度最大可達2.36dB/m-1。圖1-1混合周期性光柵結(jié)構(gòu)示意圖[38]2016年，西北大學(xué)的FengD[39]等人，利用傳統(tǒng)的紫外光刻法，在一根標(biāo)準單模光纖上刻寫離軸光纖布拉格光柵，設(shè)計并制作了一種光纖曲率傳感器，結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。與之前傳統(tǒng)的布拉格光柵或傾斜布拉格光柵相比，離軸刻寫的方式大大增加了該結(jié)構(gòu)對彎曲方向的靈敏度，同時也可以根據(jù)不同靈敏度判斷彎曲方向。實驗表明，該傳感器在0—1.1m-1曲率范圍內(nèi)，在不同的方向彎曲，其靈敏度范圍為+1.17dB/m-1—-1.25dB/m-1。圖1-2離軸刻寫光柵曲率傳感器裝置圖與光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖[39]同年，華中科技大學(xué)的NiW[40]等人，利用二氧化碳激光器，在一根長度為27cm、直徑為80um的細芯光纖上，采用逐點寫入法，在其一側(cè)刻入長周期光柵。光柵一共有60個周期，每個周期長度為500um。圖1-3表示二氧化碳激光器刻寫長周期光柵裝置。實驗測得，該傳感器在0.45—0.85m-1曲率范圍內(nèi)，曲率靈敏度最大可達28.8dB/m-1。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3激光器在細芯光纖上刻寫長周期光柵裝置與長周期光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖[40]2017年，南開大學(xué)的王標(biāo)[41]等人，設(shè)計并制作一種基于失配型雙芯光纖的曲率傳感器，利用高頻二氧化碳激光單側(cè)曝光技術(shù)，在雙芯光纖纖芯上寫入了相同周期、相同長度的長周期光柵。該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)纖芯模與包層模、以及兩個纖芯模式之間的耦合。結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。實驗表明，在0—1.235m-1曲率范圍內(nèi)進行測量，當(dāng)垂直光纖軸向上彎曲時，傳感器靈敏度為2.37nm/m-1；當(dāng)垂直光纖軸向下彎曲時，傳感器靈敏度為1.80nm/m-1。圖1-4雙芯光纖上刻寫長周期光柵曲率傳感器結(jié)構(gòu)示意圖[41]2018年，西南交通大學(xué)的鄭狄[42]等人，設(shè)計了一種多芯光纖布拉格光柵曲率傳感器，并采用匹配濾波技術(shù)實現(xiàn)曲率解調(diào)。文章采用的七芯光纖，結(jié)構(gòu)如圖1-5a)所示。包層直徑為125um，除中心的一個纖芯外，另外６個纖芯圍繞中心纖芯呈六邊形排列，各纖芯之間的距離為35um。采用連續(xù)的244nm倍頻氬離子激光器，在七個纖芯中同時寫入布拉格光纖，選取任意兩個相對于中心纖芯對稱的布拉格光纖作為曲率解調(diào)所需的匹配光柵對。傳感器結(jié)構(gòu)如圖1-5b)所示。實驗測得，該傳感器在0—2.5m-1曲率范圍內(nèi)，曲率靈敏度最大可達0.78mW/m-1。圖1-5多芯光纖布拉格光柵曲率傳感器[42]圖1-5a)七芯光纖截面圖b)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3462914