基于光纤干涉计的温度传感器研究
发布时间：2021-08-09 03:54
温度与当今社会环境息息相关,是最基本、最重要的物理量,因此,温度的测量和控制非常重要。与传统的温度传感器相比,光纤温度传感器具有本质安全、抗电磁干扰、易分布和长距离传感等优点,尤其是基于Sagnac环和FabryPerot（F-P）腔的光纤温度传感器还具有抗外界振动干扰的优点,因此受到了研究者的广泛关注。然而,基于光纤Sagnac环的温度传感器,受光纤偏振系数较低的限制,需要大幅增加偏振光纤的长度才能提高温度测量灵敏度,因此难以实现传感头小型化;基于光纤F-P腔的温度传感器,受腔长限制,灵敏度难以提高。针对以上两种光纤温度传感器存在的问题,本文提出了基于游标效应的混合干涉型和双腔级联干涉型光纤温度传感器,具体研究内容包括:提出并制备了基于Sagnac环和F-P腔级联的光纤温度传感器。首先采用熔接的方法制备了腔长为355μm的单模光纤-石英管-单模光纤（SMF-ST-SMF）型光纤F-P腔;然后将一段长为2.49 m的熊猫光纤与单模光纤熔接制备Sagnac环,最后将光纤F-P腔与光纤Sagnac环级联产生游标效应。在该结构中,F-P腔对温度不敏感,作为参考腔,而Sagnac环对温度敏感,...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Michelson型光纤传感器结构示意图
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文3量发生变化时，会改变传感臂光纤内部折射率，反射光谱发生漂移，最后解调反射光谱来实现参量的测量。2.Mach-Zehnder型光纤传感器图1-2M-Z型光纤传感器结构示意图Fig.1-2StructureschematicdiagramofM-ZsensorsMach-Zehnder（M-Z）型光纤传感器与Michelson型光纤传感器有一定的相似之处，如图1-2所示，同样由传感臂和参考臂组成，光信号经过3dB耦合器后，被平均分成两子光束，分别进入传感臂和参考臂，不同的是M-Z型光纤传感器是解调透射光的干涉光谱，由于两臂之间存在光程差，两子光束在第二个3dB耦合器中形成干涉光谱，并被光谱仪接收，通过解调透射光的干涉光谱，就可实现物理量的测量。与Michelson型光纤传感器相比较，M-Z型光纤传感器的体积较小，且性能比较稳定，应用领域更为广泛。3.Fabry-Perot型光纤传感器图1-3F-P型光纤传感器结构示意图Fig.1-3StructureschematicdiagramofF-Psensors图1-3所示为Fabry-Perot（F-P）型光纤传感器，反射面M1和M2会先后依次反射回两束光，两束光经由3dB耦合器后产生干涉光谱，被光谱仪接收。当外界参量发生变化时，会导致F-P腔内的介质折射率和腔长发生改变，使得反射光谱随被测物理量的变化而变化，通过解调反射光谱，就可实现对外界物理参量的测量。4.Sagnac型光纤传感器Sagnac型光纤传感器结构如图1-4所示，光信号经由3dB耦合器分成两束子光束，分别在环中沿顺时针和逆时针方向传播，Sagnac环是由双折射光纤构成，外界物理量会影响其双折射系数，从而改变两束光的相位差，借此来实现外界参量的测量。
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文3量发生变化时，会改变传感臂光纤内部折射率，反射光谱发生漂移，最后解调反射光谱来实现参量的测量。2.Mach-Zehnder型光纤传感器图1-2M-Z型光纤传感器结构示意图Fig.1-2StructureschematicdiagramofM-ZsensorsMach-Zehnder（M-Z）型光纤传感器与Michelson型光纤传感器有一定的相似之处，如图1-2所示，同样由传感臂和参考臂组成，光信号经过3dB耦合器后，被平均分成两子光束，分别进入传感臂和参考臂，不同的是M-Z型光纤传感器是解调透射光的干涉光谱，由于两臂之间存在光程差，两子光束在第二个3dB耦合器中形成干涉光谱，并被光谱仪接收，通过解调透射光的干涉光谱，就可实现物理量的测量。与Michelson型光纤传感器相比较，M-Z型光纤传感器的体积较小，且性能比较稳定，应用领域更为广泛。3.Fabry-Perot型光纤传感器图1-3F-P型光纤传感器结构示意图Fig.1-3StructureschematicdiagramofF-Psensors图1-3所示为Fabry-Perot（F-P）型光纤传感器，反射面M1和M2会先后依次反射回两束光，两束光经由3dB耦合器后产生干涉光谱，被光谱仪接收。当外界参量发生变化时，会导致F-P腔内的介质折射率和腔长发生改变，使得反射光谱随被测物理量的变化而变化，通过解调反射光谱，就可实现对外界物理参量的测量。4.Sagnac型光纤传感器Sagnac型光纤传感器结构如图1-4所示，光信号经由3dB耦合器分成两束子光束，分别在环中沿顺时针和逆时针方向传播，Sagnac环是由双折射光纤构成，外界物理量会影响其双折射系数，从而改变两束光的相位差，借此来实现外界参量的测量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器[J]. 赵玉欣,姜久兴,杨玉强,王永光,卢建达,刘家成. 光子学报. 2019(11)
[2]浅谈光纤传感技术的应用与发展[J]. 唐江凌,胡君辉. 科技视界. 2019(02)
[3]基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器[J]. 杨易,徐贲,刘亚铭,李萍,王东宁,赵春柳. 物理学报. 2017(09)
[4]光纤Fabry-Perot干涉式温度测量[J]. 毕卫红,王昕,郎利影. 光电子·激光. 2002(12)
硕士论文
[1]光纤F-P传感器及其灵敏度提高机理的研究[D]. 胡玲.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3331313
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Michelson型光纤传感器结构示意图
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文3量发生变化时，会改变传感臂光纤内部折射率，反射光谱发生漂移，最后解调反射光谱来实现参量的测量。2.Mach-Zehnder型光纤传感器图1-2M-Z型光纤传感器结构示意图Fig.1-2StructureschematicdiagramofM-ZsensorsMach-Zehnder（M-Z）型光纤传感器与Michelson型光纤传感器有一定的相似之处，如图1-2所示，同样由传感臂和参考臂组成，光信号经过3dB耦合器后，被平均分成两子光束，分别进入传感臂和参考臂，不同的是M-Z型光纤传感器是解调透射光的干涉光谱，由于两臂之间存在光程差，两子光束在第二个3dB耦合器中形成干涉光谱，并被光谱仪接收，通过解调透射光的干涉光谱，就可实现物理量的测量。与Michelson型光纤传感器相比较，M-Z型光纤传感器的体积较小，且性能比较稳定，应用领域更为广泛。3.Fabry-Perot型光纤传感器图1-3F-P型光纤传感器结构示意图Fig.1-3StructureschematicdiagramofF-Psensors图1-3所示为Fabry-Perot（F-P）型光纤传感器，反射面M1和M2会先后依次反射回两束光，两束光经由3dB耦合器后产生干涉光谱，被光谱仪接收。当外界参量发生变化时，会导致F-P腔内的介质折射率和腔长发生改变，使得反射光谱随被测物理量的变化而变化，通过解调反射光谱，就可实现对外界物理参量的测量。4.Sagnac型光纤传感器Sagnac型光纤传感器结构如图1-4所示，光信号经由3dB耦合器分成两束子光束，分别在环中沿顺时针和逆时针方向传播，Sagnac环是由双折射光纤构成，外界物理量会影响其双折射系数，从而改变两束光的相位差，借此来实现外界参量的测量。
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文3量发生变化时，会改变传感臂光纤内部折射率，反射光谱发生漂移，最后解调反射光谱来实现参量的测量。2.Mach-Zehnder型光纤传感器图1-2M-Z型光纤传感器结构示意图Fig.1-2StructureschematicdiagramofM-ZsensorsMach-Zehnder（M-Z）型光纤传感器与Michelson型光纤传感器有一定的相似之处，如图1-2所示，同样由传感臂和参考臂组成，光信号经过3dB耦合器后，被平均分成两子光束，分别进入传感臂和参考臂，不同的是M-Z型光纤传感器是解调透射光的干涉光谱，由于两臂之间存在光程差，两子光束在第二个3dB耦合器中形成干涉光谱，并被光谱仪接收，通过解调透射光的干涉光谱，就可实现物理量的测量。与Michelson型光纤传感器相比较，M-Z型光纤传感器的体积较小，且性能比较稳定，应用领域更为广泛。3.Fabry-Perot型光纤传感器图1-3F-P型光纤传感器结构示意图Fig.1-3StructureschematicdiagramofF-Psensors图1-3所示为Fabry-Perot（F-P）型光纤传感器，反射面M1和M2会先后依次反射回两束光，两束光经由3dB耦合器后产生干涉光谱，被光谱仪接收。当外界参量发生变化时，会导致F-P腔内的介质折射率和腔长发生改变，使得反射光谱随被测物理量的变化而变化，通过解调反射光谱，就可实现对外界物理参量的测量。4.Sagnac型光纤传感器Sagnac型光纤传感器结构如图1-4所示，光信号经由3dB耦合器分成两束子光束，分别在环中沿顺时针和逆时针方向传播，Sagnac环是由双折射光纤构成，外界物理量会影响其双折射系数，从而改变两束光的相位差，借此来实现外界参量的测量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器[J]. 赵玉欣,姜久兴,杨玉强,王永光,卢建达,刘家成. 光子学报. 2019(11)
[2]浅谈光纤传感技术的应用与发展[J]. 唐江凌,胡君辉. 科技视界. 2019(02)
[3]基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器[J]. 杨易,徐贲,刘亚铭,李萍,王东宁,赵春柳. 物理学报. 2017(09)
[4]光纤Fabry-Perot干涉式温度测量[J]. 毕卫红,王昕,郎利影. 光电子·激光. 2002(12)
硕士论文
[1]光纤F-P传感器及其灵敏度提高机理的研究[D]. 胡玲.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3331313
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