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,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)等各項測量領(lǐng)域中,光纖壓力傳感器具有許多顯著的優(yōu)點,比如:信號通過光纖傳輸,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,具有極高的時空分辨率,可以滿足各種測量需求,且光纖成本極低,非常適合于大規(guī)模制造和一次性測量的使用。本文針對體外沖擊波碎石機產(chǎn)生的水下沖擊波的壓力測試需求,對全石英光纖法布里珀羅壓力傳感器進行了研究。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,以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。對光纖法布里珀羅傳感器的典型結(jié)構(gòu)和干涉原理進行了的介紹,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——三波長解調(diào)。重點研究了全石英膜片式光纖法布里珀羅壓力傳感器的設(shè)計與制造。給出了傳感器的三光束干涉輸出表達式,通過曲線擬... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

輸出光強和輸入光波長之間的關(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S177進行熱熔接。光纖熔接機的熔接過程為：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)兩個光纖端面之間間隙閉合時，溫度升高以實現(xiàn)融合。在熔接過程中若放電電流和放電時間過大會導(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)管會由于溫度過高而導(dǎo)致部分形變。反之若放電電流和放電時間過小則會使熔接后的熔接點強度不夠甚至無法熔接到一起。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，同時兼顧光纖的熔接強度，我們以單模光纖的熔接參數(shù)為基礎(chǔ)，逐步調(diào)小放電強度、放電時間等參數(shù)，直到熔接后石英毛細(xì)管無明顯形變且熔接后的端面具有較高的反射強度，最后我們將熔接參數(shù)設(shè)置為放電強度/時間45mA/250ms，清潔放電強度偏差/時間20mA/120ms，預(yù)熔時間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，同時通過了光纖熔接機的拉力測試。4.2腔長的切割控制相對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，強度也更高，然而，由于需要手動切割出的短截面的石英毛細(xì)管，無法保證每次切割的長度一致，導(dǎo)致其腔長的可控性相比于腐蝕法較差。在實驗室環(huán)境下，石英毛細(xì)管的精細(xì)切割通常是在顯微鏡下進行，通過比較單模光纖和石英毛細(xì)管的熔接點到切割刀的距離計算切割后的長度。然而，在實際的腔長切割過程中，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，切割刀固定光纖時產(chǎn)生的微小位移以及切割過程中產(chǎn)生的抖動等因素都有可能對最終的切割

31(c)圖4.3切割控制系統(tǒng)組件圖(a)二維平移臺(b)鈑金件(c)三維平移臺在實現(xiàn)切割刀和光纖的微位移控制后，腔長的切割的操作便很簡單了。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上，調(diào)節(jié)三維位移臺使光纖處于水平，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處的位置的刻度，將其作為切割刀切割時刀片位置的參考點，隨后利用兩個三維位移臺在水平方向左右移動光纖，將光纖與石英毛細(xì)管的熔接點移動到參考點附近，如圖4.2所示，則此時熔接點與參考點之間的石英毛細(xì)管的長度即為切割后的腔長長度，此長度可通過讀取顯微鏡放大倍數(shù)和該長度所占刻度數(shù)計算得出。最后如4.1節(jié)所述在切割前先對對石英毛細(xì)管進行加熱，為了避免光纖兩端下垂產(chǎn)生張力導(dǎo)致熔接點與切割刀的相對位置產(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對光纖的固定，切割后即可得到所需腔長。此方法操作簡單，且具有良好的可重復(fù)性。如圖4.4所示為腔長切割控制系統(tǒng)的整體實物圖。圖4.4腔長切割控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)實物圖

【參考文獻】：
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本文編號：3604004