【摘 要】
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光纤温度传感器以光纤为传感元件,因具备体积小、灵敏度高、性能稳定、结构简单等优点,受到了学者们的广泛研究。其中抛磨式D型光纤是一种新型特种光纤,可以在D型区域添加温度敏感介质,填充介质可以直接调制光纤中的光学信息,因此可以大大提高温度测量的灵敏度。本文改进了高效的D型光纤加工装置并提出了不同液体封装方法,通过实验探究了填充不同介质材料的传感器的温度传感特性。具体工作如下:首先介绍多芯光纤和抛磨技术
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光纤温度传感器以光纤为传感元件,因具备体积小、灵敏度高、性能稳定、结构简单等优点,受到了学者们的广泛研究。其中抛磨式D型光纤是一种新型特种光纤,可以在D型区域添加温度敏感介质,填充介质可以直接调制光纤中的光学信息,因此可以大大提高温度测量的灵敏度。本文改进了高效的D型光纤加工装置并提出了不同液体封装方法,通过实验探究了填充不同介质材料的传感器的温度传感特性。具体工作如下:首先介绍多芯光纤和抛磨技术的研究现状。理论分析了模式干涉、马赫-曾德尔干涉原理和三芯光纤的传输特性,阐述温度传感机理和自映像效应;其次建立了单模光纤-多模光纤-三芯光纤-多模光纤-单模光纤模型,对传感结构中的能量传输与光场演化进行模拟仿真,获得最佳的耦合多模光纤结构、D型光纤长度。模拟计算不同温度下填充聚二甲基硅氧烷的侧边抛磨光纤结构的透射光谱,结果表明该传感器具备优越的温度传感特性,在10-50℃温度范围内的仿真灵敏度为-841pm/℃,线性度可达0.9918;然后设计了一种侧边抛磨SMF-MMF-TCF-MMF-SMF结构填充PDMS的光纤温度传感器。创新性地提出改进侧面抛磨光纤实验装置方法,分析研究不同光纤剩余厚度的传输损耗。阐述载玻片凹槽内直接填充PDMS和增加金属基底的PDMS的侧边抛磨光纤传感器的制作过程,分析了影响传感器性能的因素,增敏后的填充PDMS光纤传感器实现了-725.93pm/℃的最大灵敏度;最后基于侧抛式D型光纤提出并制作了一种毛细管封装液体的光纤结构,介绍该传感器的制作、封装步骤,对封装乙醇和甲苯两种不同热光系数的液体的传感器进行温度测量实验和稳定性研究。将本文中基于液体填充的侧边抛磨光纤传感器与近期文献中的光纤温度传感进行性能对比,本文所制备的传感器具有灵敏度高、制作简单的优势。
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