基于光纤Michelson和Fabry-P（?）rot混合结构干涉仪的传感特性研究

发布时间：2021-07-13 00:20

　　随着光纤传感技术的发展,光纤传感器的应用范围得到了极大地拓展。光纤传感器具有结构灵巧多样、可测量对象广、抗电磁干扰及腐蚀、可远程监测等优势,因此在化学化工、航空航天、工业生产、工程维护、环境监测等领域备受工作人员的青睐。本文提出了一种基于光纤Michelson干涉仪与光纤Fabry-P（?）rot干涉仪级联的混合型传感结构,该结构可以实现温度与横向压力的同时测量。本文的主要研究内容如下:首先在理论上分析了光纤Michelson干涉仪的基本原理及其温度传感原理,制作了基于错位熔接的光纤Michelson干涉仪,其错位熔接量为5μm、6μm、7μm,通过实验研究了三种干涉仪结构的温度传感特性,分析了错位量与所激发高价模式的关系。实验探究了光纤Michelson干涉仪的横向压力传感特性。其次对空气腔光纤Fabry-P（?）rot干涉仪的传感原理进行阐述,并分析了该结构对横向压力传感的基本原理。介绍了空气腔光纤Fabry-P（?）rot干涉仪的制作过程,通过干涉频谱的傅里叶变换分析其干涉成分。通过实验探究了空气腔长为69μm、83μm和108μm的光纤Fabry-P（?）rot干涉仪的温度传感... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光纤传感过程示意图

干涉型光纤传感器因其具有较高的测量灵敏度、结构多样、设计灵活等优点在科学研究和工程应用中的地位越来越重要。干涉型光纤传感器是指被测物理量在光纤调制区光束相位进行调制，进而实现对待测物理量检测的光纤传感器。相位调制型光纤干涉仪通常包括光纤 Mach-Zehnder 干涉仪[10-13]、光纤 Michelson 干涉仪[14-16]、光纤 Sagnac 干涉仪[17]和光纤 Fabry-Pérot 干涉仪[18-20]等。(1) 光纤 Michelson 干涉仪光纤 Michelson 干涉仪结构示意图如图 1-2 所示，光源发出的光经过耦合器后形成两束光，两束光经过光纤反射面反射后再次经过耦合器时相遇，当待测物理量作用于传感臂光纤时，会对传感臂内传输的光进行相位调制，此时相遇的两束光之间产生了一个相位差，因此当两束光再相遇时会产生相干叠加，即产生干涉。使用光探测器对干涉光进行探测，待测物理量的变化会引起干涉光相位差的变化，因此解调干涉光谱的变化即可反推出待测物理量的大小。

哈尔滨工业大学硕士学位论文误差的影响，抗干扰能力差，因此人们提出了在线一体化的光纤 Michelson 干涉仪，如图 1-3 所示，其传感臂与参考臂集成与一根光纤。光源光束经过耦合器时一部分光被激发形成包层模，并在光纤包层中传输，其余光束继续在光纤纤芯传输，光束被经过特殊处理(镀膜等)的光纤端面被反射回来，再次经过耦合器时，包层模被耦合回光纤纤芯。由于两束光的光程不同，因此两束光相遇时会产生干涉。当外界物理量发生变化时，在光纤包层传输的包层模的相位参量被调制，进而使干涉光的相位发生变化。其中，包层中传输的光束易受到外界物理量的影响对应传统光纤 Michelson 干涉仪中的传感臂，光纤纤芯中传输的光束不易受外界物理量变化的影响，对应传统光纤 Michelson 干涉仪中的参考臂。常用的光纤干涉仪结构包括基于凸锥结构的光纤 Michelson 干涉仪、基于错位结构的光纤Michelson 干涉仪、基于凹型锥结构的光纤 Michelson 干涉仪等。


本文编号：3280946