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光纤传感器具有体积小、灵敏度高以及复用能力强便于组网应用等特点,自面世以来一直是传感领域研究的重点方向。从普通的单模光纤应用于实际的探测以来,现已研究出各种类型的光纤传感器产品,如由单模光纤组成的复合马赫-曾德尔干涉仪,长周期光纤光栅传感器,迈克耳逊干涉仪等。尽管这些方案成熟度很高,能够实现高精度的测量要求。但是随着应用复杂性的增加,单参数的传感器已远不能满足实际应用的需求。双参数甚至多参数的光纤传感器代表了今后的发展趋势。通过光子晶体光纤、拉锥光纤、双模光纤、复合结构光纤、多模光纤等的设计方案均可以达到双参数的测量标准。虽然快速发展的光纤制造技术很大程度上降低了普通光纤的应用成本,但是这些方案中涉及到的特种光纤依然十分昂贵。同时由于复杂的设计原理,在制造这些传感器的过程中也不免会使用到一些高精密度的加工设备,如准分子激光器。高昂的使用成本在很大程度上限制了这些方案的规模化发展程度。同时繁琐的测量过程也增大了使用的难度,进一步的降低了其应用的吸引力。本文中提出了两种基于布拉格光纤光栅和马赫-曾德尔干涉仪的光纤传感器,用于同时测量温度和折射率。由于采用熔接的普通单模光纤和布拉格光纤光栅作为传感元件,本方案的使用成本较低廉,系统的稳定性很高,且操作程序简单。一系列的实验测试数据进一步表明,这两种新型的光纤传感器能够在复杂的应用环境中实现高精度的稳定测量,其实际应用价值很高。 本文首先通过分析国内外的光纤传感器研究现状,详细的总结了光纤传感器的应用分类。之后,结合理论推导提出了两种结构简单、成本低廉、稳定性高的新型光纤传感器,相关的实验结果表明其具有完全的应用可操作性。具体的工作如下所示: (1)分析和总结了光纤传感器在国内外的发展概况及研究进展。 (2)从实用性的角度总结了光纤传感器的分类,进一步阐述了现阶段常用的多种光纤传感器。 (3)基于相关的研究重点,从建立应变和温度理论模型入手,我们系统的分析了布拉格光纤光栅和马赫—曾德尔干涉仪的传感理论基础,包括横向应变、纵向应变、温度响应等多方面,立体化的描述了光纤传感器一般的探测原理。 (4)根据长期的研究和理论分析,我们提出了两种基于布拉格光纤光栅和马赫—曾德尔干涉仪的光纤传感器,用以实现温度和折射率的同时测量。一系列的实验测试数据表明,相关的研究方案能够在复杂的环境中实现稳定性的高精度测量,具有广泛的潜在应用价值。 (5)综合全文的理论概述和实验操作,对比于光纤传感器的未来发展趋势,我们对现有的研究工作进行了全面的总结和展望。