隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展和普及,各式各樣的光纖傳感器被開發(fā)出來(lái),其中光纖壓力傳感器現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各項(xiàng)測(cè)量領(lǐng)域中,光纖壓力傳感器具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn),比如:信號(hào)通過(guò)光纖傳輸,衰減極弱,可以適用于超遠(yuǎn)距離傳輸;其次,光纖自身具有抗電磁干擾、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的特性,在各種惡劣的條件下也能正常工作;最后,光纖壓力傳感器體積小、響應(yīng)速度快,具有極高的時(shí)空分辨率,可以滿足各種測(cè)量需求,且光纖成本極低,非常適合于大規(guī)模制造和一次性測(cè)量的使用。本文針對(duì)體外沖擊波碎石機(jī)產(chǎn)生的水下沖擊波的壓力測(cè)試需求,對(duì)全石英光纖法布里珀羅壓力傳感器進(jìn)行了研究。本文首先介紹了光纖傳感器的基本工作原理和解調(diào)機(jī)制,分析了光纖傳感器的兩種基本類型。介紹了光纖法布里珀羅傳感器的基本組成,以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。對(duì)光纖法布里珀羅傳感器的典型結(jié)構(gòu)和干涉原理進(jìn)行了的介紹,給出了法布里珀羅干涉儀細(xì)度和反射率的關(guān)系曲線,介紹了光纖法布里珀羅傳感器的幾種主流的解調(diào)方法,介紹了光纖法布里珀羅傳感器的復(fù)用解調(diào)手段——三波長(zhǎng)解調(diào)。重點(diǎn)研究了全石英膜片式光纖法布里珀羅壓力傳感器的設(shè)計(jì)與制造。給出了傳感器的三光束干涉輸出表達(dá)式,通過(guò)曲線擬... 

【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

輸出光強(qiáng)和輸入光波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線

29(a)(b)圖4.1石英毛細(xì)管端面（a）直接切割石英毛細(xì)管（b）加熱后切割石英毛細(xì)管單模光纖與石英毛細(xì)管的拼接方式為使用光纖熔接機(jī)S177進(jìn)行熱熔接。光纖熔接機(jī)的熔接過(guò)程為：首先是清潔放電，去除光纖表面附著的塵埃等雜質(zhì)顆粒，然后在較低的溫度下預(yù)熱光纖，當(dāng)兩個(gè)光纖端面之間間隙閉合時(shí)，溫度升高以實(shí)現(xiàn)融合。在熔接過(guò)程中若放電電流和放電時(shí)間過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熔接后的單模光纖端面反射率大大降低，且石英毛細(xì)管會(huì)由于溫度過(guò)高而導(dǎo)致部分形變。反之若放電電流和放電時(shí)間過(guò)小則會(huì)使熔接后的熔接點(diǎn)強(qiáng)度不夠甚至無(wú)法熔接到一起。為了選擇出合適的熔接參數(shù)，最大化的保留光纖端面的反射率和石英毛細(xì)管的形狀，同時(shí)兼顧光纖的熔接強(qiáng)度，我們以單模光纖的熔接參數(shù)為基礎(chǔ)，逐步調(diào)小放電強(qiáng)度、放電時(shí)間等參數(shù)，直到熔接后石英毛細(xì)管無(wú)明顯形變且熔接后的端面具有較高的反射強(qiáng)度，最后我們將熔接參數(shù)設(shè)置為放電強(qiáng)度/時(shí)間45mA/250ms，清潔放電強(qiáng)度偏差/時(shí)間20mA/120ms，預(yù)熔時(shí)間80ms，獲得了良好好的熔接結(jié)果，熔接后的端面反射率在0.024左右，同時(shí)通過(guò)了光纖熔接機(jī)的拉力測(cè)試。4.2腔長(zhǎng)的切割控制相對(duì)于腐蝕法形成的光纖F-P腔，采用石英毛細(xì)管制造的F-P腔形狀更為規(guī)則，強(qiáng)度也更高，然而，由于需要手動(dòng)切割出的短截面的石英毛細(xì)管，無(wú)法保證每次切割的長(zhǎng)度一致，導(dǎo)致其腔長(zhǎng)的可控性相比于腐蝕法較差。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，石英毛細(xì)管的精細(xì)切割通常是在顯微鏡下進(jìn)行，通過(guò)比較單模光纖和石英毛細(xì)管的熔接點(diǎn)到切割刀的距離計(jì)算切割后的長(zhǎng)度。然而，在實(shí)際的腔長(zhǎng)切割過(guò)程中，由于放置在切割刀上的光纖左右兩端自然下垂產(chǎn)生的張力變化，切割刀固定光纖時(shí)產(chǎn)生的微小位移以及切割過(guò)程中產(chǎn)生的抖動(dòng)等因素都有可能對(duì)最終的切割

31(c)圖4.3切割控制系統(tǒng)組件圖(a)二維平移臺(tái)(b)鈑金件(c)三維平移臺(tái)在實(shí)現(xiàn)切割刀和光纖的微位移控制后，腔長(zhǎng)的切割的操作便很簡(jiǎn)單了。首先將光纖放置于光纖切割刀上，將光纖兩端固定到兩邊的三維位移臺(tái)上，調(diào)節(jié)三維位移臺(tái)使光纖處于水平，準(zhǔn)直的狀態(tài)。將光纖切割刀的刀片推到光纖正下方，利用顯微鏡讀取并記錄刀片與光纖交點(diǎn)處的位置的刻度，將其作為切割刀切割時(shí)刀片位置的參考點(diǎn)，隨后利用兩個(gè)三維位移臺(tái)在水平方向左右移動(dòng)光纖，將光纖與石英毛細(xì)管的熔接點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)附近，如圖4.2所示，則此時(shí)熔接點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的石英毛細(xì)管的長(zhǎng)度即為切割后的腔長(zhǎng)長(zhǎng)度，此長(zhǎng)度可通過(guò)讀取顯微鏡放大倍數(shù)和該長(zhǎng)度所占刻度數(shù)計(jì)算得出。最后如4.1節(jié)所述在切割前先對(duì)對(duì)石英毛細(xì)管進(jìn)行加熱，為了避免光纖兩端下垂產(chǎn)生張力導(dǎo)致熔接點(diǎn)與切割刀的相對(duì)位置產(chǎn)生變化，必須先合上切割刀的蓋子以固定光纖，然后在松開兩端三維平移臺(tái)對(duì)光纖的固定，切割后即可得到所需腔長(zhǎng)。此方法操作簡(jiǎn)單，且具有良好的可重復(fù)性。如圖4.4所示為腔長(zhǎng)切割控制系統(tǒng)的整體實(shí)物圖。圖4.4腔長(zhǎng)切割控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于伸縮桿結(jié)構(gòu)的光纖光柵多級(jí)應(yīng)變傳感器[J]. 趙勇,何文正,湯永超.  東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(08)
[2]光纖法珀壓力傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)與風(fēng)洞初步實(shí)驗(yàn)[J]. 劉暢,王雙,梁應(yīng)劍,江俊峰,梅運(yùn)橋,劉琨,齊曉光,李鑫,李元耀,劉鐵根.  紅外與激光工程. 2018(07)
[3]基于多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器的溫度傳感特性[J]. 賈青松,王天樞,王振,陳博文,薄報(bào)學(xué),姜會(huì)林.  應(yīng)用光學(xué). 2018(04)
[4]CdSe/ZnS量子點(diǎn)在倏逝波光纖pH傳感中的應(yīng)用[J]. 劉婷,王文琪,劉志群,趙艷麗,易定容.  光譜學(xué)與光譜分析. 2018(06)
[5]用于油井溫度剖面快速測(cè)量的高精度光纖光柵溫度傳感器設(shè)計(jì)[J]. 李三喜,馬龍,呂京生,張發(fā)祥,劉小會(huì),趙慶超,李惠,王昌.  山東科學(xué). 2018(03)
[6]一種基片式光纖光柵應(yīng)變?cè)雒魝鞲衅鱗J]. 譚躍剛,陳宜煬,李瑞亞,毛健.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2018(05)
[7]Simulation Tools for a Fiber-Optic Based Structural Health Monitoring System[J]. Alfredo Güemes,Antonio Fernandez-Lopez,Jaime García-Ramírez,Maria Eugenia Reyes-Perez,Flor Criado Zurita.  Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2018(02)
[8]基于分布式光纖傳感的溶液濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 王燕飛,丁楠,程躍.  傳感器世界. 2018(03)
[9]中國(guó)光纖傳感40年[J]. 廖延彪,苑立波,田芊.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[10]基于光纖腔衰蕩光譜的濃度和溫度測(cè)量[J]. 程瑞學(xué),蘆恒,楊亞萍,王芳.  激光技術(shù). 2018(04)



本文編號(hào)：3604004