【摘 要】
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物联网(IOT)作为互联网的延伸和扩展,被称为“万物相连的互联网”。其中感知层作为物联网技术的关键技术之一,需要通过各种信息传感设备来感知和收集各种信息,基于各类传感器的传感网络是物联网实现感知的基础设施。相比于传统传感技术,光纤传感器具有体积小,重量轻,耐腐蚀,抗电磁干扰,成本低廉,可多点复用,可分布式测量等优点,对物联网的底层传感网络具有重要意义。干涉型光纤传感器以其结构简单、灵活多变、敏感度
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物联网(IOT)作为互联网的延伸和扩展,被称为“万物相连的互联网”。其中感知层作为物联网技术的关键技术之一,需要通过各种信息传感设备来感知和收集各种信息,基于各类传感器的传感网络是物联网实现感知的基础设施。相比于传统传感技术,光纤传感器具有体积小,重量轻,耐腐蚀,抗电磁干扰,成本低廉,可多点复用,可分布式测量等优点,对物联网的底层传感网络具有重要意义。干涉型光纤传感器以其结构简单、灵活多变、敏感度高等优点,在温度、折射率、湿度、应力、气体浓度等许多参量的测量方面应用广泛。本文通过对无芯光纤拉锥、偏置熔接制作不同结构的干涉型光纤传感器,并对其传感特性及应用进行了研究,主要研究内容如下:(1)在单模-无芯-单模(SMF-NCF-SMF)结构的基础上,研究了基于无芯光纤拉锥结构的传感特性。SNS结构的仿真分析表明缩小无芯光纤直径可以进一步提高无芯光纤对外界折射率的灵敏度。通过火焰拉锥的方式对无芯光纤进行拉锥操作,并对其折射率传感特性进行研究,在1.335～1.36折射率范围内,腰锥直径为37.5μm的无芯光纤折射率灵敏度为481.31nm/RIU,相比未拉锥的无芯光纤灵敏度提升了4.8倍。(2)研究了基于无芯光纤偏置熔接的干涉型传感结构。通过小偏置量熔接无芯光纤,该结构对多模干涉的模式进行了选择,实现了162.64nm/RIU的折射率灵敏度。大偏置量熔接无芯光纤构成半开腔结构的传感器,传感器对外界折射率变化十分敏感,适合用作折射率改变较小的液体浓度传感。实验研究了传感器的盐度和温度传感特性,在0.5%到5%的盐度范围内盐度灵敏度为3.475nm/%,在20～40℃温度范围内,温度灵敏度为0.065nm/℃。(3)使用湿敏材料对传感器进行传感功能的扩展。研究了基于湿敏材料氧化石墨烯量子点和聚乙烯醇聚合物镀膜的光纤湿度传感器。对无芯光纤拉锥结构涂覆湿敏薄膜并引入光纤布拉格光栅,实现温度和湿度的传感并对温度进行补偿。在30%RH到80%RH湿度范围内,湿度灵敏度为143.27pm/%RH,在25～75℃温度范围内,温度灵敏度为9.21pm/℃,解决了双参量交叉敏感的问题。
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