论文部分内容阅读
光纤传感器作为传感领域的重要组成部分,具有其他类型传感器不能比拟的许多优势,如抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、可远程感测等,其中,马赫-增德尔(M-Z)干涉式光纤传感器用一根光纤完成传感测量,结构紧凑,制作简单,被广泛研究与应用。本文以已有的M-Z干涉式光纤传感器研究为基础,利用特种光纤和单模光纤形成的球结构制得新型的双参量测量光纤传感器。1、设计了一种基于特种光纤——细芯光纤(TCF)和球结构级联的双参量测量传感器,它是通过将一段TCF熔接在两个单模光纤(SMF)端面制得的球结构之间构成。通过Rsoft软件模拟分析与实验验证球结构能够有效激发TCF中的包层模式,该传感器能耦合模式并输出干涉谱。由于所选择的两个波谷呈现不同的波长偏移,可以同时测量温度和折射率。测得温度的敏感性为0.067nm/℃和0.050nm/℃,折射率的灵敏度为-69.71nm/RIU和-119.9nm/RIU,结合灵敏度系数矩阵实现温度与折射率的同时测量。2、制作了一种同时测量温度与折射率简单的传感器并进行了理论和实验研究。它由一种特种光纤——少模光纤(FMF)熔接在两段SMF端面制得的球结构组成。这两个球结构起着耦合器的作用,它们能激发包层模并使包层模重新回到芯层中。选择两个灵敏性质不同的干涉谷,记录其波谷波长的偏移量,并利用灵敏度系数矩阵实现温度和折射率的同时测量。在25℃到80℃的温度范围内实现温度灵敏度为0.054nm/℃,在折射率范围从1.335到1.398的变化区间内,实现折射率灵敏度为-27.77nm/RIU。3、针对于FMF,制作了基于SMF-FMF-SMF的简单传感结构,并进行了理论与实验分析,基于其灵敏度不高,提出了一种在FMF上制作两个锥结构的双参量光纤传感器,在FMF上制作的两个锥结构由于使光纤直径骤减,提高了光纤周围的倏逝场,使传感区域对周围环境的变化更加敏感。测量温度的敏感性0.097nm/℃和0.114nm/℃,以及折射率的灵敏度-108.07nm/RIU和-97.43nm/RIU,通过比较这两种结构的理论仿真与实验结果,基于FMF锥结构的灵敏度性能明显提高。