EFPI传感器解调技术及传感系统研究

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光纤法布里珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器作为光纤传感技术发展过程中的一种新型结构,因其紧凑性、抗恶劣环境、高灵敏度、多路复用等优点,在军事国防、航天航空、工业生产、医药卫生等诸多行业中展现了极佳的应用价值。但是目前许多F-P传感器不仅制作工艺相对复杂、成本较高,而且解调方案繁琐、速度慢。这些都制约了F-P传感器在实际中的应用。因此,本文提出了差分双波长光强度比算法用于非本征型光纤法布里珀罗(Extrinsic Fabry-Perot Interferenmenter,EFPI)传感器的传感信号解调,并且在此基础上设计了一套成本低、解调速度快、结构简单稳定的EFPI传感系统。主要研究内容如下:(1)详细分析了EFPI传感器的传感原理和解调方法,用Matlab软件仿真出EFPI传感器在不同端面反射率下的反射光和透射光强度分布。用Rsoft软件仿真出EFPI传感器不同腔长下的光场能量分布图,提出在传感区外层涂覆聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)的EFPI传感器结构用于温度传感。介绍了单模光纤-毛细玻璃管-单模光纤(SMF-CAPILLARY-SMF)型EFPI传感器的制作过程。(2)提出了一种差分双波长光强度比算法,EFPI传感器腔长变化量与差分双波长光强度比之间存在良好的线性关系。通过理论推导、Matlab仿真以及应变实验证明了该解调算法具有准确、快速等特点。在实验中d=196.851μm的EFPI传感器最小解调精度为0.726 nm。当选取处于不同位置的双波长,EFPI传感器腔长变化量的线性范围分别是180 nm,150 nm和130 nm,相应的灵敏度是-0.01099 nm-1,-0.01485 nm-1和-0.02253nm-1,这也表明了在实际中对于双波长选取有更大的灵活性。(3)设计了一套EFPI传感系统,完成了EFPI传感系统的硬件和软件开发。对EFPI传感系统进行了应变和温度传感实验研究,结果表明EFPI传感系统性能稳定可靠。同时,利用LabVIEW软件设计实现了EFPI传感器光谱图的重构、完成了外接温控设备的控制程序开发和界面设计。
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