【摘 要】
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随着时代的进步和社会的发展,传感领域发展迅速,其在生物医学、城市建筑、环境监测、通信技术、机械控制等领域均有应用。其中干涉型光纤传感器由于具有结构简单、传输损耗较低、成本低廉、尺寸较小、抗腐蚀等优点,可以用于测量温度、应变、折射率(refractive index,RI)、湿度、曲率等环境参数。本文研究所用的基本理论是光传输特性和各个模式之间的干涉原理,分别设计出温度和RI双参量同时测量的干涉型光
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随着时代的进步和社会的发展,传感领域发展迅速,其在生物医学、城市建筑、环境监测、通信技术、机械控制等领域均有应用。其中干涉型光纤传感器由于具有结构简单、传输损耗较低、成本低廉、尺寸较小、抗腐蚀等优点,可以用于测量温度、应变、折射率(refractive index,RI)、湿度、曲率等环境参数。本文研究所用的基本理论是光传输特性和各个模式之间的干涉原理,分别设计出温度和RI双参量同时测量的干涉型光纤传感器、温度和湿度双参量同时测量的干涉型光纤传感器。这两种光纤传感器具有不同的应用背景,因此分别适用于不同的应用领域。本文的主要研究内容如下:1.提出并制作一种基于球形结构和突变锥结构的干涉型光纤传感器。其中球形结构和突变锥结构作为耦合结构,中间段传感区域为单模光纤(single-mode fiber,SMF)。实验得到传感结构的温度灵敏度分别为0.052nm/℃和0.037nm/℃,RI灵敏度分别为-56.59nm/RIU和-43.53nm/RIU。2.提出并制作一种基于细芯光纤(thin-core fiber,TCF)两端级联突变锥结构的干涉型光纤传感器。其中两个突变锥结构作为耦合结构,中间段传感区域为TCF。实验得到传感结构的温度灵敏度分别为0.086nm/℃和0.092nm/℃。RI灵敏度分别为-43nm/RIU和-31.83nm/RIU。3.提出并制作一种基于突变锥结构和偏芯结构的干涉型光纤传感器。其中突变锥结构和偏芯结构作为耦合结构,中间段传感区域为SMF。为了提高传感结构湿度灵敏度,使用光学沉积法(optical driven deposition,ODD)将石墨烯分散液涂覆在中间段传感区域SMF表面。实验得到传感结构的温度灵敏度分别为0.097nm/℃和0.127nm/℃。湿度灵敏度分别为-0.039nm/%RH和-0.042nm/%RH。4.提出并制作一种基于突变锥结构和花生锥结构的干涉型光纤传感器。其中突变锥结构和花生锥结构作为耦合结构,中间段传感区域为SMF。对添加涂敷湿敏材料和未添加涂敷湿敏材料的传感结构进行湿度的参量响应比较实验,得出添加涂敷湿敏材料的传感结构对湿度传感测量更敏感。实验得到传感结构的温度灵敏度分别为0.254nm/℃和0.269nm/℃。湿度灵敏度分别为-0.059nm/%RH和-0.133nm/%RH。实验测量的两个谐振干涉谷表现出不同的参量传感测量特性,因此可以通过计算系数矩阵来实现双参量的同时测量。
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