金属化光纤F-P传感器设计试制及其温度传感特性

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作为现代化信息系统的技术基础,光纤传感技术现在正处于蓬勃发展的阶段,作为光纤传感器的重要分支的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉传感器,被广泛地应用于应变、温度、折射率、湿度、加速度、超声波、位移等参数的测量。光纤F-P传感器能够广泛应用于传感领域是得益于其具有结构简单,尺寸小,可靠性高,制作简单,且能够在单根光纤中传输信号等一系列优点。光纤F-P传感器按照其传感头的结构分类,可以分为本征型Fabry-Perot干涉(IFPI)传感器,非本征型Fabry-Perot干涉(EFPI)传感器和线型复合腔Fabry-Perot干涉(ILFP)传感器。现有对于光纤F-P传感器的制作方法已经提出了很多,但是仍然具有一些缺陷,本文提出在光纤F-P传感器的制作中引入金属元素,以达到制作能够耐受更高温度的光纤F-P传感器,并对其进行温度传感特性研究。主要研究内容如下:1)基于原位电镀法的光纤EFPI传感器的制作。为了克服利用电弧焊接、有机胶粘接和激光熔接的方法来固定光纤和毛细管的缺陷,提出了通过原位电镀的方法固定光纤和毛细钢管来制作光纤EFPI传感器,并实时监测其原位电镀过程中的反射光谱的变化。结论为:基于原位电镀法的光纤F-P传感器的外观光滑,紧凑且明亮,电镀过程中反射光谱始终完整清晰,反射光谱的变化呈现一致的规律。2)基于原位电镀法的光纤EFPI传感器的温度传感特性的研究。对EFPI传感器进行温度传感实验,从室温加热到400℃,结果显示:加热过程中的反射光谱始终清晰完整,表现出良好的温度传感特性,三根F-P腔腔长不同EFPI传感器的温度灵敏度分别达到700、600和400 pm/°C。3)基于熔融石英管的光纤ILFP传感器的制作。利用熔融石英管和光纤通过熔接的方式制作线型复合腔光纤F-P传感器,结果显示:熔接后的F-P腔的两端面保持平整,熔融石英管和光纤皆未受到损伤。4)基于熔融石英管的光纤ILFP传感器的金属化。利用化学镍结合电镀镍的金属化方法对光纤ILFP传感器进行金属化。5)基于熔融石英管的光纤ILFP传感器的温度传感特性的研究。对金属化前后的光纤ILFP传感器都进行温度传感实验,分别从室温加热到700℃和400℃,并对二者的传感结果进行对比。结果显示:金属化前的三根F-P腔腔长不同的光纤ILFP传感器的温度灵敏度为0.118 nm/℃、0.3475 nm/℃和0.6578 nm/℃,金属化后的ILFP传感器的温度灵敏度达到了0.323 nm/℃、0.915 nm/℃和1.5717nm/℃,表明金属化后的光纤ILFP传感器的温度传感特性有了较大的改善,温度灵敏度有了大幅度提高。
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