【摘 要】
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近年来,因光纤模间干涉型的光纤传感器具有结构简单、价格低廉、抗电磁干扰能力强,以及易于实现多个物理量测量等优点,所以由特种光纤级联单模光纤构成模间干涉结构的双参量传感器受到了许多科学家的关注。结合仿真模拟软件Rsoft进行光信号的传输光路模拟,搭建不同传感结构,对温度、折射率进行同时测量,其中主要的工作内容为以下几个方面:1.首先对传统四种干涉传感结构进行了简单介绍,分析了马赫-曾德尔干涉结构优缺
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近年来,因光纤模间干涉型的光纤传感器具有结构简单、价格低廉、抗电磁干扰能力强,以及易于实现多个物理量测量等优点,所以由特种光纤级联单模光纤构成模间干涉结构的双参量传感器受到了许多科学家的关注。结合仿真模拟软件Rsoft进行光信号的传输光路模拟,搭建不同传感结构,对温度、折射率进行同时测量,其中主要的工作内容为以下几个方面:1.首先对传统四种干涉传感结构进行了简单介绍,分析了马赫-曾德尔干涉结构优缺点和介绍了当前光纤传感结构的多参量研究现状。紧接着对光纤模间干涉的干涉原理进行了分析,并借助了仿真模拟软件Rsoft分别模拟不同外界折射率下的光场能量分布情况,为后面几章光纤传感器的设计思路和理论研究提供了重要的依据。2.设计并研究了一种基于无芯光纤-薄芯光纤的温度不敏感折射率光纤传感器。结合光束传播法模拟了外界折射率为1和1.3333内部光场分布,并搭建传感结构,得出理论模拟和实验结果有很好的一致性,其dipA（波峰）、dipB（波峰）折射率灵敏度分别为101.9446nm/RIU,线性度R2=0.9904和109.9009nm/RIU,线性度R2=0.9845。3.设计并研究了一种基于拉锥无芯光纤级联光纤光栅（FBG）的温度和折射率双参量光纤传感器,对比不同锥腰直径的无芯光纤,实验结果表明当锥腰直径为29.6μm,测量灵敏度可以达到最佳。其MZI对折射率灵敏度为201.7157nm/RIU,线性度R2=0.9823,FBG对折射率灵敏度为80.6pm/RIU,线性度R2=0.9911;MZI和FBG的温度灵敏度分别为87.4pm/℃,线性度R2=0.9911和13.5pm/℃,线性度R2=0.9832。4.设计并研究了一种基于无芯光纤-空芯光纤-无芯光纤的折射率与温度双参量传感,该光纤传感器在35℃-145℃温度范围下,其温度灵敏度为99.2pm/℃,线性度R2=0.9874;在1.3333-1.3794折射率范围下,其折射率灵敏度为-58.2439d Bm/RIU,线性度R2=0.9736,有效实现了外界环境下的液体折射率和温度的同时测量。5.设计并研究了一种基于错位无芯光纤级联光子晶体的双MZI的温度和折射率的光纤传感器,并进行Rsoft光学模拟了基于错位结构的不同长度的无芯光纤内部光场的分布情况。实验结果方面上,对温度和折射率两种物理量进行了探究,在温度方面表现波长漂移,在折射率方面表现为强度变化。在1.3333-1.3534折射率范围内,该光纤传感器的折射率灵敏度可达到-218.5606d B/RIU,线性度R2=0.9916;在30℃-120℃温度范围下,温度灵敏度可达到0.0809nm/RIU,线性度R2=0.9859。
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