【摘 要】
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传感技术作为物联网技术创新中的重要组成部分,是当今人类拓展自身感知能力的重要手段,也是信息化时代通信和计算机传输与处理信息的基础。基于光纤技术设计的传感器,具有灵敏度高、测量范围广、稳定性高和抗电磁干扰能力强等优点。这些优势使得光纤传感器在特定场合下具有不可替代的作用,如在交通运输、石油勘测、食品安全和航空航天等领域。伴随物联网和数字中国建设脚步的不断加快,提高光纤传感器的机械强度和多参数测量能力
【基金项目】
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">江苏省研究生实践创新项目（SJCX200296）；
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传感技术作为物联网技术创新中的重要组成部分,是当今人类拓展自身感知能力的重要手段,也是信息化时代通信和计算机传输与处理信息的基础。基于光纤技术设计的传感器,具有灵敏度高、测量范围广、稳定性高和抗电磁干扰能力强等优点。这些优势使得光纤传感器在特定场合下具有不可替代的作用,如在交通运输、石油勘测、食品安全和航空航天等领域。伴随物联网和数字中国建设脚步的不断加快,提高光纤传感器的机械强度和多参数测量能力,降低传感过程中的温度串扰和系统复杂度,将会成为光纤传感发展的新趋势。本文主要提出和研制了多种新型混合结构的光纤干涉仪,用于提升在光纤传感中的传感性能。本论文的主要创新工作总结如下:（1）针对传统Michelson干涉仪液体折射率测量难的问题,本文提出了一种末端封装混合结构的Michelson干涉仪。末端封装混合结构有效地保护了传感器的反射端面,提高了末端反射率。实验结果显示,此传感器可以很好的测量外界液体折射率和温度的变化。此外,本文中的相移跟踪解调法具有低噪声和高分辨率的优点,提高了传感系统的精确性。（2）为了解决光纤传感中由温度引起的交叉灵敏度问题,本文提出了一种用于双参数测量的新型混合光纤干涉仪。利用干涉光谱中不同波谷对温度和折射率灵敏度的差异,实现了双参数的同时测量。实验研究发现,此传感器的温度和折射率灵敏度分别可以达到47.7 pm/°C和-30.11 nm/RIU。同时,该传感器还具有结构制作简单、干涉谱线稳定和多参数同时测量的优点。（3）基于锥形结构设计的光纤传感器,自身结构脆弱,在实际应用中存在困难。为了提高传感器的机械强度,本文提出了一种基于三微球结构的混合Mach-Zehnder干涉仪。三个串联的光纤微球作为此传感器的激发与耦合点,极大的提高了传感器自身的机械强度。与此同时,本文还通过实验探究了该传感器对外界温度变化的感知性能。实验研究表明,传感器在25°C到95°C的温度范围内其灵敏度为31.4 pm/°C。（4）为了提高光纤干涉仪的多参数测量能力,本文提出了一种全光纤Fabry-Perot/MachZehnder混合结构光纤干涉仪。混合传感结构可以实现温度、横向压力和折射率的三参数测量。实验研究发现,该传感器对于横向压力、温度和和折射率都具有很好的线性响应。此外,该混合结构设计可以降低在多参数测量过程中由温度所引起的串扰问题。综上所述,本论文的研究提升了目前光纤混合结构干涉仪的传感性能,加深了人们对于光纤传感器和混合结构光纤干涉仪的认识和理解。这些研究也有助于光纤遥测和光纤通信等技术的发展与应用。
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