论文部分内容阅读
本文主要研究了基于腰锥放大熔接技术的光纤传感器及其在应变、湿度等物理量测量上的应用。基于腰锥放大的光纤传感器,不仅具有普通光纤传感器的抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小等优点,而且其结构简单,成本低廉,易于加工。本文对基于腰锥放大光纤传感器所涉及的相关原理进行了介绍,并将腰锥放大熔接技术和SMS结构相结合设计一种新型的光纤传感器,最后以基于腰锥放大光纤结构应变传感器、湿度传感器、折射率传感器为例,探讨了基于腰锥放大光纤传感器在各传感领域的应用。 本文的主要工作内容如下: 1、首先对马赫-泽德干涉原理进行了分析,为后续光纤传感器的设计研究提供了重要的理论依据。然后介绍了马赫-泽德干涉型光纤传感器的两种主要解调方法:波长解调法和强度解调法。 2、运用 BMP数值模拟方法,对腰锥放大光纤结构激发的包层模进行了模拟分析,并分析了在不同腰锥直径大小和腰锥长度条件下,腰锥放大结构激发包层模的情况。然后介绍了基于腰锥放大的马赫-泽德干涉型光纤应变和湿度传感器,在0~3870?ε应变测量范围内该传感器的应变灵敏度为0.00215dBm/?ε,在40％~90%RH湿度测量范围内该传感器的湿度的灵敏度为0.0983nm/%RH。 3、对 SMS结构的原理进行分析,并结合马赫-泽德干涉理论,为基于腰锥放大SMS结构光纤传感器的设计提供理论依据。将腰锥放大 SMS结构的光纤传感器与 SMS结构的光纤传感器进行对比,突出腰锥放大的优点。基于腰锥放大熔接技术的 SMS结构在测量折射率和湿度物理量时不仅不需要用氢氟酸腐蚀多模光纤,而且传感器中的干涉模式要比 SMS结构中的多。 4、提出并研究了一种基于腰锥放大单模-多模-单模(SMS)结构的光纤折射率和湿度传感器。在两根单模光纤之间,腰锥放大熔接一段多模光纤,制成一种新型的光纤传感器。当外界折射率发生变化时,透射的干涉光谱发生漂移,利用波长解调的方法,可以得到外界的折射率或湿度参数信息。该传感器在1.3725~1.462折射率范围内的折射率灵敏度为152.237nm/RIU,在35%~85%RH湿度范围内的湿度灵敏度为0.223nm/%RH,与 SMS结构的湿度传感器相比,有较高的灵敏度。