基于光纤F-P腔的水下冲击波压力传感器的研究

发布时间：2022-01-23 08:47

　　随着光纤传感技术的发展和普及,各式各样的光纤传感器被开发出来,其中光纤压力传感器现已广泛应用于生物、医学、工业等各项测量领域中,光纤压力传感器具有许多显著的优点,比如:信号通过光纤传输,衰减极弱,可以适用于超远距离传输;其次,光纤自身具有抗电磁干扰、耐高温、耐化学腐蚀的特性,在各种恶劣的条件下也能正常工作;最后,光纤压力传感器体积小、响应速度快,具有极高的时空分辨率,可以满足各种测量需求,且光纤成本极低,非常适合于大规模制造和一次性测量的使用。本文针对体外冲击波碎石机产生的水下冲击波的压力测试需求,对全石英光纤法布里珀罗压力传感器进行了研究。本文首先介绍了光纤传感器的基本工作原理和解调机制,分析了光纤传感器的两种基本类型。介绍了光纤法布里珀罗传感器的基本组成,以及国内外研究现状。对光纤法布里珀罗传感器的典型结构和干涉原理进行了的介绍,给出了法布里珀罗干涉仪细度和反射率的关系曲线,介绍了光纤法布里珀罗传感器的几种主流的解调方法,介绍了光纤法布里珀罗传感器的复用解调手段——三波长解调。重点研究了全石英膜片式光纤法布里珀罗压力传感器的设计与制造。给出了传感器的三光束干涉输出表达式,通过曲线拟... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

输出光强和输入光波长之间的关系曲线

29(a)(b)图4.1石英毛细管端面（a）直接切割石英毛细管（b）加热后切割石英毛细管单模光纤与石英毛细管的拼接方式为使用光纤熔接机S177进行热熔接。光纤熔接机的熔接过程为：首先是清洁放电，去除光纤表面附着的尘埃等杂质颗粒，然后在较低的温度下预热光纤，当两个光纤端面之间间隙闭合时，温度升高以实现融合。在熔接过程中若放电电流和放电时间过大会导致熔接后的单模光纤端面反射率大大降低，且石英毛细管会由于温度过高而导致部分形变。反之若放电电流和放电时间过小则会使熔接后的熔接点强度不够甚至无法熔接到一起。为了选择出合适的熔接参数，最大化的保留光纤端面的反射率和石英毛细管的形状，同时兼顾光纤的熔接强度，我们以单模光纤的熔接参数为基础，逐步调小放电强度、放电时间等参数，直到熔接后石英毛细管无明显形变且熔接后的端面具有较高的反射强度，最后我们将熔接参数设置为放电强度/时间45mA/250ms，清洁放电强度偏差/时间20mA/120ms，预熔时间80ms，获得了良好好的熔接结果，熔接后的端面反射率在0.024左右，同时通过了光纤熔接机的拉力测试。4.2腔长的切割控制相对于腐蚀法形成的光纤F-P腔，采用石英毛细管制造的F-P腔形状更为规则，强度也更高，然而，由于需要手动切割出的短截面的石英毛细管，无法保证每次切割的长度一致，导致其腔长的可控性相比于腐蚀法较差。在实验室环境下，石英毛细管的精细切割通常是在显微镜下进行，通过比较单模光纤和石英毛细管的熔接点到切割刀的距离计算切割后的长度。然而，在实际的腔长切割过程中，由于放置在切割刀上的光纤左右两端自然下垂产生的张力变化，切割刀固定光纤时产生的微小位移以及切割过程中产生的抖动等因素都有可能对最终的切割

31(c)图4.3切割控制系统组件图(a)二维平移台(b)钣金件(c)三维平移台在实现切割刀和光纤的微位移控制后，腔长的切割的操作便很简单了。首先将光纤放置于光纤切割刀上，将光纤两端固定到两边的三维位移台上，调节三维位移台使光纤处于水平，准直的状态。将光纤切割刀的刀片推到光纤正下方，利用显微镜读取并记录刀片与光纤交点处的位置的刻度，将其作为切割刀切割时刀片位置的参考点，随后利用两个三维位移台在水平方向左右移动光纤，将光纤与石英毛细管的熔接点移动到参考点附近，如图4.2所示，则此时熔接点与参考点之间的石英毛细管的长度即为切割后的腔长长度，此长度可通过读取显微镜放大倍数和该长度所占刻度数计算得出。最后如4.1节所述在切割前先对对石英毛细管进行加热，为了避免光纤两端下垂产生张力导致熔接点与切割刀的相对位置产生变化，必须先合上切割刀的盖子以固定光纤，然后在松开两端三维平移台对光纤的固定，切割后即可得到所需腔长。此方法操作简单，且具有良好的可重复性。如图4.4所示为腔长切割控制系统的整体实物图。图4.4腔长切割控制系统的总体结构实物图

【参考文献】：
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本文编号：3604004