基于花生形熔接结构的光纤传感器的研究

发布时间：2017-04-25 18:07

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【摘要】：本文主要对基于花生形熔接结构的光纤传感器进行了研究。制作了两种基于花生形结构的传感器,一种是花生形结构与多模光纤相熔接而成的光纤传感器,另一种是花生形结构和长周期光栅相熔接而成的光纤传感器,利用这两种结构的传感器分别进行了角度、液位、折射率、曲率等常规物理量的实验。基于花生形结构的光纤传感器具有很多独特的优势,如结构轻巧、灵敏度高、可塑性好、反应速度快等,而且制作简单,可重复性高。本文对基于花生形结构的光纤传感器所涉及到的相关干涉理论进行了介绍,并且分别讨论了两种结构的传感器对上述物理量测量的灵敏度和线性度。本论文的主要研究内容如下:1、分别介绍了Michelson光纤传感器、Mach-Zehnder光纤传感器、Sagnac光纤传感器、Fabry-Perot光纤传感器。阐述了M-Z干涉仪所涉及的一些模式干涉理论,以及介绍了花生形熔接结构的制作方法、传感原理和模场分布。2、提出了一种由花生形结构和多模光纤相结合的传感器,花生形结构与多模光纤之间有一段长为30mm的单模光纤,多模光纤长4mm,即整个传感结构长度为34mm。分别对液位、折射率、温度的研究背景和所涉及的相关测量原理进行了介绍,并且利用此传感器分别这三个物理量进行了实验测量。实验结果获得了较好的灵敏度和线性度,表明此结构的传感器对这三个物理量的测量具有很好的线性变化关系。3、提出了一种由花生形结构与LPG级联相结合的传感器结构,LPG的长度为24mm,花生形结构与LPG之间是一段长10mm的单模光纤,即整个传感结构长度为34mm。LPG由高频CO2脉冲激光器利用单模光纤刻写而成,详细介绍了其刻写方法,以及LPG的模式耦合理论。分别介绍了曲率和角度测量所涉及到的基本原理,并利用此传感器分别对曲率、角度和温度三个物理量进行了实验研究,实验结果获得了较好的灵敏度和线性度,表明此结构的传感器对这三个物理量的测量具有很好的线性变化关系。
【关键词】：花生形结构 长周期光纤光栅 液位测量 曲率测量
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 光纤传感器概述14-17
• 1.2.1 光纤传感器的发展历程14
• 1.2.2 光纤传感器的测量系统14-16
• 1.2.3 光纤传感器的分类16-17
• 1.3 光纤传感器的应用和发展17-20
• 1.3.1 光纤传感器的应用领域17-19
• 1.3.2 光纤传感器的发展现状19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 2 基于花生形熔接结构的M-Z干涉仪21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 干涉型光纤传感器的分类21-24
• 2.2.1 Michelson光纤传感器21-22
• 2.2.2 Mach-Zehnder光纤传感器22
• 2.2.3 Sagnac光纤传感器22-23
• 2.2.4 Fabry-Perot光纤传感器23-24
• 2.3 干涉理论分析24-28
• 2.3.1 M-Z干涉仪原理24-26
• 2.3.2 多模干涉原理26-28
• 2.4 基于花生形熔接结构的M-Z干涉仪28-31
• 2.4.1 花生形结构的制作方法及传感原理28-29
• 2.4.2 花生形结构的M-Z干涉仪的模场分布29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 基于花生形结构和多模光纤级联的光纤传感器32-45
• 3.1 液位实验32-37
• 3.1.1 液位研究背景32
• 3.1.2 液位传感器及实验装置32-34
• 3.1.3 液位传感器的测量原理34-35
• 3.1.4 实验结果与讨论35-37
• 3.2 折射率实验37-41
• 3.2.1 引言37
• 3.2.2 实验装置与测量原理37-39
• 3.2.3 实验结果与讨论39-41
• 3.3 温度实验41-44
• 3.3.1 实验装置与测量原理41-42
• 3.3.2 实验结果与讨论42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 基于花生和长周期光纤光栅级联的光纤传感器45-59
• 4.1 传感器制作与传感原理45-49
• 4.1.1 长周期光栅制作45-47
• 4.1.2 长周期光栅耦合理论47-48
• 4.1.3 传感器制作与传感原理48-49
• 4.2 曲率实验49-53
• 4.2.1 实验装置与测量原理49-50
• 4.2.2 实验结果与讨论50-53
• 4.3 角度实验53-55
• 4.3.1 实验装置53
• 4.3.2 实验结果与讨论53-55
• 4.4 温度实验55-58
• 4.4.1 实验装置55-56
• 4.4.2 实验结果与讨论56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 工作总结59-60
• 5.2 改进与展望60-61
• 参考文献61-65
• 作者简历65

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本文编号：326785