光纤Sagnac干涉游标效应及传感应用

发布时间：2020-07-14 19:48

【摘要】：光纤Sagnac干涉仪常被用来进行应变、温度、压力等的传感。近年来,很多研究学者通过改变Sagnac环的结构或者涂覆其他材料,使Sagnac环应用更加广泛。游标效应是一种常见的数学原理,它被广泛应用于测量领域。游标卡尺就是一种基于游标效应的长度测量工具,它利用主尺和副尺之间的微小的刻度差来实现刻度精细化,从而提高了测量的精度。本文的主要研究内容是光纤Sagnac干涉游标效应及传感应用。主要对两种Sagnac干涉级联结构做了研究和讨论,具体内容如下:1.研究了基于双Sagnac环级联结构的游标放大效应,并将其应用到温度传感和应力传感。首先将两段不同长度的保偏分别嵌入两个Sagnac环中,并探究了这两个Sagnac环级联产生的游标包络的周期大小的对温度灵敏度的影响。当两段保偏光纤的长度越接近时,产生的游标包络的周期越大,温度灵敏度越高。其次,以2.01 m和1.79 m的保偏光纤的长度为例,探究了基于双Sagnac环级联的应力传感器的灵敏度,比基于单个Sagnac环的应力传感器的灵敏度高8.22倍。提出并实现了基于单个Sagnac环的游标放大效应,大大简化了传感器结构。在一个Sagnac环内嵌入两段不同长度的保偏光纤,两段保偏光纤之间转轴熔接,即两个快轴之间有一个夹角。同时,探究了基于单个Sagnac环游标放大效应的温度传感器的特性。当两段保偏光纤的长度差越小,传感器的游标包络周期越大,温度灵敏度放大倍数越大。2.提出并实现了一种基于单个Sagnac环游标放大效应的氢气传感器。将氢气敏感膜Pt/WO_3/SiO_2粉末涂覆在保偏光纤表面,当Pt/WO_3/SiO_2粉末与氢气接触时,WO_3会与氢气发生氧化还原反应,在保偏光纤表面释放热量,引起Sagnac游标包络的漂移。在0%-0.8%氢气浓度范围内,传感器的灵敏度为14.61 nm/%。3.提出并实现了一种基于单个Sagnac环游标放大效应的挥发性有机物传感器。将VOC敏感膜聚吡咯涂覆在保偏光纤表面,当聚吡咯吸收VOC气体分子时,会加速聚吡咯分子内部的电子跃迁引起膨胀,在保偏光纤表面产生一个应力,引起引起Sagnac游标包络的漂移。在VOC浓度0 ppm-42 ppm范围内,传感器的灵敏度为239 nm/ppm,且传感器的响应时间快,稳定性好。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253
【图文】：

应力双折射保偏光纤结构示意图

Sagnac干涉效应原理图

Γ囡诠庀送ㄐ藕凸庀舜鄒辛煊虻玫搅斯惴旱赜τ谩Ｍ?1.1 应力双折射保偏光纤结构示意图1.3 光纤 Sagnac 干涉仪1.3.1 Sagnac 效应Sagnac 效应，是一种由旋转引起的干涉现象[17]。图 1.2 是 Sagnac 效应的原理图。一束光从光源发出被分束器分成两束沿着相反方向传播的光，这两束相向传播的光经反射镜反射以后再次进入分束器形成干涉，最后进入光探测器。随着光线传感技术的发展，Sagnac 效应在传感领域中的应用越来越广泛。图 1.2 Sagnac 干涉效应原理图

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本文编号：2755409