干涉型光纤微弱电场传感器研究

• 作 者: 王晓扬
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 电场传感器 电致伸缩 光纤干涉仪 换能器

光纤传感器以其抗干扰性强、灵敏度高等特点越来越受到人们的重视。随着窄线宽激光光源、单模光纤及相关光器件性能的不断完善,光纤传感器种类在增加,性能也在不断提高。光纤干涉型微弱电场传感器就是其中的一种,它被认为是纯电学检测手段的最有竞争力的替代技术。在设计和工艺实现方面,光纤微弱电场传感器的光学结构正从Mach-Zehnder结构向Michelson结构转变,而换能材料则正从线性压电材料向非线性电致伸缩材料转变。本论文主要研究光纤微弱电场传感器原理,高灵敏度光纤微弱电场传感器系统的设计和工艺制作。主要内容包括:1.详细分析了基于全光纤Michelson干涉仪和电致伸缩换能材料的微弱电场传感系统的原理,论证、推导了相关公式,并在此基础上进行了系统总体结构设计。2.详细阐述和分析了电致伸缩材料的原理和特性,设计了一种以PLZT电致伸缩材料为敏感元件的“工”字型光纤微弱电场换能器,对其制作工艺进行了实验研究,给出了关键参数设置和制作方法。3.完成了系统的制作,实现了一套基于非线性电致伸缩材料PLZT和改进的全光纤Michelson干涉仪的微弱电场探测系统。对系统性能进行了大量的实验测试和分析。实验结果表明,该系统较好地解决了1/f噪声问题,对被测电场具有非常好的线性响应。系统具有较高的灵敏度,在5Hz的频率点上最小可探测电场达到了0.022（V/m）/（Hz）^1/2 ,获得了预期效果。4.参与了微弱磁场光纤传感器的研究（这部分工作因篇幅原因不作为主要内容写入本论文）,在此基础上提出一种将微弱电场传感系统和微弱磁场传感系统复用的多维度测量方法。同时还对空间三维矢量场的测量方法进行了探讨。