【摘 要】
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基于光纤法布里-拍罗(Fabry-Perot,F-P)干涉的温度和气压传感器由于其灵敏度高、结构灵活、制备简单、成本低和抗电磁干扰等优点,备受研究人员的青睐,现如今已广泛应用于各种实用领域。并且随着光纤双参数或多参数测量传感器制备技术的成熟,功能齐全、制备简单的气压-温度双参数测量传感器可用于气压与温度的同时测量,能够满足更多实际应用中的传感需求,吸引了更多的研究人员关注。本文利用了聚二甲基硅氧烷
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基于光纤法布里-拍罗(Fabry-Perot,F-P)干涉的温度和气压传感器由于其灵敏度高、结构灵活、制备简单、成本低和抗电磁干扰等优点,备受研究人员的青睐,现如今已广泛应用于各种实用领域。并且随着光纤双参数或多参数测量传感器制备技术的成熟,功能齐全、制备简单的气压-温度双参数测量传感器可用于气压与温度的同时测量,能够满足更多实际应用中的传感需求,吸引了更多的研究人员关注。本文利用了聚二甲基硅氧烷PDMS此种聚合物材料,制备了结构简单、体积小并且灵敏度高的光纤F-P温度传感器和气压-温度双参数测量传感器。具体内容如下:提出并制备了一种基于PDMS的高灵敏度的光纤F-P温度传感器,使用单模光纤套入空心毛细管内部,再在毛细管中填充PDMS的方法制备了空气腔光纤F-P温度传感器。理论分析了传感器的工作原理,并制备了结构长度不同的四个传感器样品,分别测试了它们的温度响应特性。实验获得了-23.22 nm/℃的最高的温度灵敏度。对不同结构长度的传感器样品进行对比分析,发现空气腔长与PDMS厚度都会影响传感器灵敏度,并得到同等条件下,PDMS厚度越大,传感器温度灵敏度越高的结论。最后对传感器进行升温-降温的可逆性实验,证明了传感器良好的可逆性与实用性。提出并制备了基于PDMS的光纤气压-温度双参数测量传感器,在单模光纤后焊接一段空心毛细管,再在毛细管中分段填充PDMS制备了传感器结构。通过对三个传感器样品的结构长度及灵敏度进行对比分析,得到了同等条件下,前段PDMS越长,传感器温度灵敏度越高,后端PDMS隔膜越薄,传感器气压灵敏度越高的结论。实验获得传感器的温度和气体压强的灵敏度分别为2.62 nm/℃和20.63 nm/MPa,且实验得到温度和气压的测量值与设定值之间的最大误差分别为0.23℃和0.09 MPa。最后搭建实验系统,利用双参数测量的灵敏度系数矩阵,实现了气压与温度双参数的同时传感,且双参量同时测量的均方误差分别为2.165 KPa和0.052℃。并对一定范围内传感器的升温-降温以及升压-降压过程进行了可逆性实验研究,验证了传感器的可逆性与实用性。
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