基于特殊结构的光纤器件与传感系统的研究与应用

发布时间：2018-05-27 17:19

  本文选题：光纤传感器 + 马赫曾德尔干涉　； 参考：《北京交通大学》2017年博士论文

【摘要】：伴随着光纤制作以及相关技术的进步,光纤传感器凭借自身优点,受到越来越多研究者的关注。在安全保障、交通运输、工程施工、管线监测等领域都有着广泛的应用。本文设计制作了不同的光纤干涉结构,并结合光纤光栅,分别搭建了可以对温度、折射率、振动、气压以及位置信息传感的特殊光纤结构传感器。具体工作包括以下几个方面:1.提出了无芯-单模-无芯的模式干涉结构,对该结构的透射谱特性进行了仿真。将该模式干涉结构与光栅相结合,制作了温度和折射率同时测量的传感器。模式干涉峰和光栅反射峰的温度灵敏度分别为0.07189nm/℃C和0.01654nm/℃C,其折射率灵敏度分别为-111.464nm/RIU和Onm/RIU。利用光栅和干涉结构制作了振动传感器,分析了不同结构的传感器性能。将该传感器应用到列车监控系统中,实验对列车行车状态进行了测量。2.利用光栅的应力敏感性,设计了一种基于二维光栅阵列的位置传感结构。实验中对各个光栅的中心波长进行了设计,并批量制作了所需光栅,用制成的传感器实现了二维位置传感,并以此为基础设计制作了十二个键位的全光纤键盘。3.提出了基于微加工的管状光纤和光纤光栅的复合结构传感器,实现了对温度和气压的同时测量。对该结构气压传感灵敏度进行了仿真,结果显示该结构的气压灵敏度约为2.78nm/MPa。实验制作所设计的温度和气压传感器,实现了对温度和气压的同时测量。测量结果显示传感器的气压灵敏度为3.9969 nm/MPa,温度灵敏度为8.7pm/℃C。4.提出了一种基于管状光纤和折射率匹配液的高灵敏度温度或气压传感结构,并对其进行了仿真。结果显示,传感结构温度灵敏度约为5.4nm/℃C,气压灵敏度约为-0.0152nm/Pa,自由光谱范围变化的灵敏度约为60.47nm/MPa。实验制作了基于管状光纤和折射率匹配液的传感器,并对小范围内温度和气压变化进行了测量,测得的温度灵敏度约为6.96nm/℃C。用该传感器对大范围气压变化的干涉谱进行了测量,测得自由光谱变化灵敏度约为59.9nm/MPa。
[Abstract]:With the progress of optical fiber fabrication and related technology, optical fiber sensors have attracted more and more attention by virtue of their own advantages. In safety, transportation, engineering construction, pipeline monitoring and other fields have a wide range of applications. In this paper, we have designed and fabricated different fiber optic interference structures, and combined with fiber grating, we have constructed a special optical fiber structure sensor which can sensing temperature, refractive index, vibration, air pressure and position information. Specific work includes the following aspects: 1. A coreless-single-core-coreless mode interference structure is proposed and the transmission spectrum characteristics of the structure are simulated. A sensor for simultaneous measurement of temperature and refractive index is fabricated by combining the mode interference structure with the grating. The temperature sensitivity of the mode interference peak and the grating reflection peak is 0.07189nm/ 鈩，

本文编号：1943103