本文選題：光纖傳感器 + 光纖彎曲損耗�。� 參考：《大連理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：光纖傳感技術(shù)是伴隨光導(dǎo)纖維、光電子及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感技術(shù),正逐漸成為一個(gè)衡量國(guó)家信息化發(fā)展程度的標(biāo)志之一。由于光纖傳感器具有結(jié)構(gòu)小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、復(fù)用能力強(qiáng)、易于構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn),具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,受到越來(lái)越多的關(guān)注。本論文根據(jù)對(duì)當(dāng)前光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀的分析,以基于彎曲光纖的干涉型光纖傳感器的研究為出發(fā)點(diǎn),以簡(jiǎn)化傳感器的制作工藝、提高傳感器性能(包括探測(cè)精度、靈敏度及穩(wěn)定性)等為研究目標(biāo),進(jìn)行了可用于雙通道檢測(cè)和消除溫度交叉敏感的傳感器結(jié)構(gòu)、彎曲干涉結(jié)構(gòu)的雙通道折射率傳感器、基于錐形光纖的溫度靈敏度可調(diào)諧法布里-珀羅干涉儀等多種傳感器設(shè)計(jì)、制備、測(cè)試分析和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了多種新型干涉型光纖傳感器的研究與應(yīng)用。論文的主要工作如下：1.將光纖彎曲損耗的物理機(jī)制與光纖馬赫-曾德干涉原理相結(jié)合,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于彎曲光纖干涉的傳感器結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)該傳感器結(jié)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析,得出了該結(jié)構(gòu)可用作環(huán)境折射率傳感的結(jié)論,并在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了其傳感性能。通過(guò)控制彎曲角度得到不同的傳感器結(jié)構(gòu),并對(duì)其折射率傳感特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,得到最高的折射率靈敏度可達(dá)204nm/RIU。同時(shí),通過(guò)改變彎曲角度,制備具有不同彎曲角度的干涉結(jié)構(gòu),并對(duì)不同彎曲角度的光纖干涉結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈敏度分析。2.設(shè)計(jì)了一種基于波長(zhǎng)調(diào)制的光纖彎曲結(jié)構(gòu)的傳感器,對(duì)設(shè)計(jì)原理與制備方法進(jìn)行了闡述,并對(duì)該傳感器結(jié)構(gòu)的折射率與溫度傳感特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)而,根據(jù)波長(zhǎng)調(diào)制光纖彎曲結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出了一種新型的雙通道光纖干涉?zhèn)鞲衅?實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)通道可以進(jìn)行無(wú)串?dāng)_的雙通道測(cè)量,通過(guò)對(duì)其溫度傳感特性進(jìn)行分析得出：在低于25℃的環(huán)境中,雙通道的傳感器可以實(shí)現(xiàn)溫度不敏感的折射率測(cè)量目標(biāo)；由于兩個(gè)通道的溫度響應(yīng)極為接近,這樣有益于實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量目標(biāo)。3.為進(jìn)一步優(yōu)化基于光纖彎曲結(jié)構(gòu)傳感器的性能,將光纖彎曲結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)周期光纖光柵進(jìn)行復(fù)用,實(shí)現(xiàn)了溫度與折射率雙參量的同時(shí)測(cè)量,采用相對(duì)波長(zhǎng)變化的解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償,得到溫度不敏感的折射率測(cè)量結(jié)果。為解決干涉結(jié)構(gòu)透射譜的帶寬較寬而嚴(yán)重影響探測(cè)精度和分辨率的問(wèn)題,將彎曲干涉結(jié)構(gòu)與環(huán)形激光器相結(jié)合,構(gòu)建了一種基于環(huán)形激光器的折射率傳感器系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了高精度的基于光纖環(huán)形激光器的折射率傳感系統(tǒng)。4.針對(duì)光纖法布里-珀羅(Fabry-Perot, FP)干涉儀在傳感應(yīng)用過(guò)程中存在的溫度交叉敏感問(wèn)題,提出了利用在光纖FP腔內(nèi)引入具有自由度的反射端面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,有效地解決了FP干涉儀的溫度交叉敏感問(wèn)題。將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,對(duì)該光纖FP干涉儀結(jié)構(gòu)的溫度特性進(jìn)行了分析,得出了其等效熱膨脹系數(shù)：通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù),成功制備了傳感器結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了溫度響應(yīng)的調(diào)節(jié),并證明了優(yōu)化方案的可行性；對(duì)光纖FP干涉儀應(yīng)變特性的研究表明該傳感結(jié)構(gòu)具有良好的溫度免疫性、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
[Abstract]:Optical fiber sensing technology with optical fiber sensing technology, a new development of optoelectronic and optical fiber communication technology is developing rapidly, it has gradually become one of the signs of a measure of national informatization level. Because the optical fiber sensor has the advantages of small structure, anti electromagnetic interference ability, high reusability, easy to build sensor networks etc. and has wide application value, has attracted more and more attention. This paper based on the analysis of the current status of the development of optical fiber sensor, point to research on interferometric fiber optic sensor based on optical fiber bending is, to simplify the fabrication process of the sensor, improve the sensor performance (including detection accuracy, sensitivity and stability) as the research object that can be used for dual channel detection and elimination of temperature sensor cross sensitivity of refractive index sensor, dual channel interference structure based on bending. The tapered optical fiber temperature sensitivity tunable Fabri Perot interferometer and other sensor design, preparation, testing analysis and optimization, the research and application of several novel interferometric fiber optic sensor. The main work is as follows: 1. the physical mechanism and fiber Maher Ceng De bending loss of optical fiber interference principle of combination design and the realization of a bend sensor structure based on fiber interferometer. By analyzing the work principle of the sensor structure, the structure can be used as the ambient refractive index sensing results, and experimentally verified. The sensing performance by different sensor structure by controlling the bending angle and the refractive index sensing characteristics through experimental analysis, get the highest refractive index sensitivity is 204nm/RIU. at the same time, by changing the bending angle, the interference nodes were prepared with different bending angles of the structure, and The bending angle of the optical fiber interference structure sensitivity analysis.2. design of a fiber sensor based on wavelength modulation of the bent structure, the design principle and preparation methods were introduced, and the refractive index and temperature sensing properties of the sensor structure were investigated. Then, according to the characteristics of wavelength modulation optical fiber bending structure and put forward a new type of dual channel optical fiber interferometric sensor, experimental results show that the two channels can be dual channel measurement without crosstalk, through the temperature sensing characteristics analysis: at less than 25 degrees Celsius in the environment, the dual channel sensor can achieve the temperature refractive index measurement target for two; the temperature of the channel response is very close, it is beneficial to realize the temperature measurement of target.3. compensation in order to further optimize the performance of optical fiber bending sensor based on the structure. Fiber bending structure reuse and long period fiber grating, the refractive index and temperature measurement of two parameters at the same time, the relative wavelength demodulation method realizes temperature compensation, temperature refractive index measurement results. In order to solve the interference structure of the transmission spectrum of wide bandwidth and seriously affect the accuracy and resolution of the problem the bending structure and interference, ring laser combination, constructs a ring laser refraction rate sensor system based on the birefringent fiber ring laser.4. sensing system based on optical fiber rate Fabri Perot based on high precision (Fabry-Perot, FP) interference exists in the sensing application process instrument temperature cross sensitivity problem, put forward the introduction of structure optimization scheme with reflector freedom in optical fiber FP cavity, effectively solves the FP interferometer temperature cross sensitivity The problem will be. The combination of theory and practice, the temperature characteristic of the optical fiber FP interferometer instrument structure is analyzed, the equivalent thermal expansion coefficient: by optimizing the design parameters, the structure of the sensor was successfully prepared, adjust the temperature response, and proved the feasibility of Optimization Research for strain characteristics of fiber; FP interference shows that the sensing structure has good immunity temperature, mechanical strength and stability.

【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：1741066