微腔干涉型光纤传感器及解调技术研究

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光纤传感技术作为新时代科技发展的产物,自从1970年康宁公司(Corning Glass Corporation)首次制出可商用化的光纤(衰减小于20dB/km)至今,已经逐渐形成一个实用化的产业,在国防、军事、民用、能源、交通、医疗等领域广泛应用,目前研制成功的就有70多种。根据光纤传感技术的发展趋势分析,当前的任务主要有:一方面,在积极研发新型传感器的同时,将传感器的功能进行整合,提高其工作效率;另一方面,将实验室研究成果推广到实际应用,用以解决工程问题。本课题正是基于这两个出发点,在大量阅读光纤折射率传感器、应变传感器、温度传感器研制方法的基础上,提出了利用微腔法珀结构开发折射率、应变、温度三参量测量的多功能传感器;有幸将该传感器的应变传感功能应用于风洞天平的现场测试,同时研究的还有微腔法珀传感器的解调技术。现将本文取得的一些阶段性成果总结如下:(1)针对本次研究的光纤法珀腔结构,从定义、分类和应用三个方面简要介绍了光纤传感器,重点分析了光纤法珀传感器的发展历程,干涉原理和常用解调方法,为后面实验研究做铺垫。(2)详细介绍了光纤法珀传感器温度、折射率、应变三参量测量实验的研究过程。包括本课题选取F-P微腔结构作为传感头的事实依据;157nm激光器加工双F-P腔结构的过程;阐述传感机理,从理论上证明该结构用于三参量测量的可行性。实验结果显示:折射率灵敏度为43.093dB/RIU,90℃~380℃温度范围内温度的灵敏度为10.965pm/℃,折射率和温度间的交叉敏感度为8.34×10-5,同时对应变的响应也有很好的线性度和灵敏度。(3)运用光纤法珀傅里叶变换解调法成功实现了应变传感功能在风洞天平中的应用,较准度达到1.1079%。(4)实现法珀三波长解调法的软件仿真,在此基础上提出了新的解调方法,申请专利一篇。
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