基于模间干涉的光纤折射率和温度同时测量传感器研究

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随着光纤技术的发展,近年来,基于全光纤的传感器由于在基础科学研究,工业生产,环境质量监测与监控,安防监控等领域的广泛应用和做出重要贡献而受到了外界的广泛关注。相比于传统传感器,光纤传感器具有结构紧凑、能耗小、质量轻、布线要求低、灵敏度高、测量动态范围大、耐化学腐蚀、抗电磁干扰能力强以及多参数测量等诸多优势。正由于具备了这些独特的优点,极大的推动了光纤传感器技术的蓬勃发展,满足了现代社会测量技术的需求。  全光纤在线干涉传感器则是受到更多科研工作者的青睐,由于其体积小、灵敏度高、稳定性高、制作简单等优点。因此,许多新型的全光纤在线干涉仪被研制出来,例如拉锥型干涉仪、基于光纤纤芯失配的干涉仪等等。然而他们都只讨论了主包层模与纤芯模的干涉,忽略了纤芯中的弱包层模与纤芯模的干涉。本论文中,我们提出了基于非对称结构的模间干涉传感器,主要考虑了不同阶包层模与纤芯模的干涉,实现了折射率与温度同时测量的构想,并设计和制作了一款制作简单、低成本、灵敏度高、稳定性好的折射率与温度同时测量的传感器。  本文的主要工作内容如下:  1.主要介绍了光纤传感器的基本原理、特点、分类以及目前国内外传感器的应用领域并概括了本文的主要研究内容与创新点。  2.详细介绍了模间干涉传感器的原理,主要从理论上分析了光在多模光纤中传播模式及其特性,以及光的干涉理论。  3.对干涉型光纤传感器进行了介绍,主要是传统的光纤干涉型传感器和新型的光纤干涉传感器。  4.提出了利用单模光纤中纤芯模和不同包层模干涉实现折射率与温度的同时测量的构想,基于此原理提出并制作了一种光纤光感器,由一个SMS结构和一个花生结构串联制成。根据理论分析,可得到不同包层模与纤芯模干涉具有不同的测量灵敏度,通过选取不同的特征波长可以实现折射率与温度的同时测量。  5.基于理论分析,设计并搭建实验平台对本文提出的光纤传感器的实际性能进行实验验证,实验结果表明该传感器具有良好的传感性能。
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