本文關(guān)鍵詞：內(nèi)置懸梁式光纖微腔的制備及其聲波傳感特性研究

  更多相關(guān)文章： 法布里珀羅干涉儀 光纖微腔 光纖懸梁 應(yīng)變傳感 聲波傳感

【摘要】：聲波傳感技術(shù)作為人類探測基礎(chǔ)方式之一,一直被不斷研究。隨著探測領(lǐng)域的不斷拓展,傳統(tǒng)的聲波傳感器在靈敏度、環(huán)境適應(yīng)性、尺寸功耗等方面已難以滿足探測需求�；诠饫w傳感技術(shù)的全光纖聲波傳感器,具有靈敏度高、體積小、環(huán)境適應(yīng)性好、抗電磁干擾等優(yōu)勢,吸引了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。目前報(bào)道的全光纖聲波傳感器包括光強(qiáng)度調(diào)制、光波長調(diào)制和光相位調(diào)制等。其中,基于光相位調(diào)制的光纖微腔法布里珀羅干涉儀,在傳感靈敏度、結(jié)構(gòu)小型化、環(huán)境適應(yīng)性等方面具有天然優(yōu)勢,在聲波傳感領(lǐng)域被廣泛研究。本文通過對光纖微腔傳感結(jié)構(gòu)的光傳輸特性進(jìn)行仿真模擬,研究了腔長對其傳感特性的影響,通過將光纖懸梁集成在光纖微腔內(nèi),進(jìn)一步提高光纖微腔的聲波傳感靈敏度,從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究內(nèi)置懸梁式光纖微腔的應(yīng)變及聲波傳感特性,主要研究內(nèi)容如下:搭建了一種簡便的光纖拉錐平臺,制備了高質(zhì)量的光纖懸梁。光纖懸梁直徑均勻可控,長度可達(dá)1400μm,懸梁端面平整,具有較高的反射率。制備了不同腔長的光纖密封微腔結(jié)構(gòu),應(yīng)用于應(yīng)變和聲波傳感。理論上,基于光纖法布里珀羅干涉模型,引入光纖端面發(fā)散角θ,分析了光纖密封微腔的應(yīng)變和聲波調(diào)制機(jī)理,利用MATLAB模擬分析了微腔長度對應(yīng)變和聲壓傳感靈敏度的影響,并在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著腔長增大,應(yīng)變靈敏度減小,聲波靈敏度周期性變化,變化幅度逐漸增大,通過合理的腔長設(shè)計(jì)可以提高其應(yīng)變和聲壓靈敏度。提出并制備了內(nèi)置懸梁式光纖微腔結(jié)構(gòu),應(yīng)用于應(yīng)變和聲波檢測。這種結(jié)構(gòu)旨在將光纖懸梁集成在光纖密封微腔中,有效增長其有效作用腔長,進(jìn)一步提高光纖微腔的聲波傳感靈敏度。分析了干涉腔長和有效作用腔長對其應(yīng)變和聲波傳感特性的影響,并對相同干涉腔長的內(nèi)置懸梁式光纖微腔和光纖密封微腔進(jìn)行了應(yīng)變和聲波傳感測試。相比同干涉腔長的普通光纖微腔結(jié)構(gòu),其應(yīng)變靈敏度提高了16倍,在聲波頻率200~1000Hz范圍內(nèi),其聲壓靈敏度整體提高了4~5倍。
【關(guān)鍵詞】：法布里珀羅干涉儀 光纖微腔 光纖懸梁 應(yīng)變傳感 聲波傳感
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-26
• 1.1 聲波傳感技術(shù)概述9-10
• 1.2 光纖聲波傳感器研究現(xiàn)狀10-23
• 1.2.1 基于光強(qiáng)度調(diào)制的光纖聲波傳感器10-14
• 1.2.2 基于光波長調(diào)制的光纖聲波傳感器14-17
• 1.2.3 基于光相位調(diào)制的光纖聲波傳感器17-23
• 1.3 光纖內(nèi)的微型懸錐結(jié)構(gòu)制備23-25
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容25-26
• 第2章 光纖微腔傳感結(jié)構(gòu)的光傳輸特性模擬仿真26-43
• 2.1 光纖密封微腔干涉理論26-29
• 2.2 光纖密封微腔應(yīng)力靈敏度和腔長關(guān)系模擬29-31
• 2.3 光纖密封微腔腔長對聲壓靈敏度的影響31-37
• 2.4 內(nèi)置懸梁式光纖微腔的靈敏度模擬37-42
• 2.4.1 內(nèi)置懸梁式光纖微腔應(yīng)變靈敏度模擬37-38
• 2.4.2 內(nèi)置懸梁式光纖微腔聲壓靈敏度模擬38-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 第3章 光纖密封微腔的制備及傳感特性研究43-55
• 3.1 光纖密封微腔的制備43-46
• 3.2 光纖密封微腔應(yīng)變傳感實(shí)驗(yàn)46-49
• 3.3 光纖密封微腔聲波傳感實(shí)驗(yàn)49-53
• 3.3.1 腔長對光纖密封微腔聲壓靈敏度的影響49-52
• 3.3.2 光纖密封微腔聲波頻率響應(yīng)特性52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第4章 內(nèi)置懸梁式光纖微腔的制備及其傳感特性研究55-66
• 4.1 內(nèi)置懸梁式光纖微腔的制備55-58
• 4.1.1 光纖懸梁的制備55-57
• 4.1.2 光纖懸梁與光纖微腔的集成57-58
• 4.2 內(nèi)置懸梁式光纖微腔的應(yīng)變傳感實(shí)驗(yàn)58-60
• 4.3 內(nèi)置懸梁式光纖微腔的聲波傳感特性研究60-65
• 4.3.1 腔長對內(nèi)置懸梁式光纖微腔聲壓靈敏度的影響60-61
• 4.3.2 內(nèi)置懸梁式光纖微腔聲波頻率響應(yīng)特性61-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74

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