微型光纤传感器的研究

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传感器技术是一项近年来迅速发展起来的高新科技之一,是现代科学技术发展的一个重要标志。近年来,光纤传感器凭借其体积小、成本低、本质安全、抗干扰能力强、可远程测量等优良特性而受到同行研究人员的关注。本文设计将一段含有两个主空气孔的光子晶体光纤作为连接法布里-泊罗腔与待测外界的微通道,相对于常见的法布里-泊罗腔微通道,上述微通道具有不与光纤纤芯同轴,双孔结构易于待测物质进出法布里-泊罗腔等特点。以此微通道为基础,我们制作了一种本征型法布里-泊罗传感器,并将其应用到折射率传感中此外,本文对基于光纤光栅的电流传感器也进行了一些探索性的研究。首先通过电化学方法在布拉格光纤光栅表面镀上一层金属铜膜,再利用电流流过铜膜产生的热量,来改变通光光纤光栅的光谱,并以此为基础设计制作出一种简单的基于热效应电流传感器。第一章首先介绍了光纤传感器的优势并对其应用范围做了简单的讨论。并从光纤的传光原理、不同种类光纤的传播特性、常见光纤传感器的特性三个方面探讨了光纤传感器的发展现状和未来发展趋势。最后提出本论文的主要研究内容和研究目的。第二章首先分析干涉光产生的条件和原理,并介绍了常见干涉型光纤传感器,如马赫-曾德干涉仪、Sagnac干涉仪、迈克尔逊干涉仪的特性。重点研究了法布里-泊罗传感器的分类结构特点、探头构建方法和传感器应用范围。第三章首先对已报道的折射率传感器的工作原理和特性做了简单的分析。设计并制作出一种串联式的本征型法布里-泊罗传感器,其具体结构为普通单模光纤-普通多模光纤-光子晶体光纤,将其成功的应用到气体与液体两种不同形态物质的折射率传感当中,我们得到的气体折射率灵敏度为1508nm/RIU,液体折射率灵敏度为1180nm/RIU,相比已报道的法布里-泊罗传感器都要高。第四章首先对光纤电流传感器的优点进行阐释,讨论了镀膜光纤光栅的应用范围,并对镀金属膜的布拉格光栅通电时产热量进行理论上的分析。最后采用电化学方法,实现了在布拉格光栅表面的镀铜工艺,得到了均匀致密的金属铜镀层,厚度达到10微米。并以此为基础最后制作了基于通电导体热效应的电流传感器,最后对实验结果进行分析。第五章首先对本论文的工作做出总结,讨论分析了本论文中的不足之处,并提出了下一步工作的改进意见。
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