基于FP干涉及反共振机制的多参数测量光纤传感器研究
光纤法布里-珀罗干涉传感器与传统的基于机械和电子技术的传感器相比，具有探测精度高、灵敏度高、结构紧凑、质量轻、耐腐蚀能力强、抗环境扰动能力强等等出色的性质，因此，已经广泛用于建筑结构、石油化工、生物医疗、航空领域、深海探测、交通运输等领域。反共振波导光纤是一种低折射率纤芯光子晶体带隙光波导，利用其光谱的特征峰随纤芯或包层折射率变化而漂移可用于气压、温度等物理量的测量。本课题在近年来已有的光纤传感技术方法上，对法布里-珀罗干涉型和反共振型光纤传感器以及多参数测量光纤传感器的原理进行研究，将法布里-珀罗干涉和反共振两种机制在同一结构中结合起来，提出了几种新的多参数传感器方案，并进行了理论研究、传感器制备、实验测试和实验结果的分析。实验结果表明传感器能够同时测量温度和应变以及温度和气压，有效地解决了传感器测量过程中温度的交叉串扰，对今后的光纤多参数测量技术的应用和发展有着重大的意义。 针对光纤应变传感器易受到外界温度交叉影响问题，本文提出一种基于法布里-珀罗干涉和反共振机制的可用于应变和温度同时测量的光纤传感器。传感器结构简单，采用在两段单模光纤之间熔接一段空芯光纤的单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构，将法布里-珀罗干涉和反共振两种机制结合在空芯光纤中。由于法布里-珀罗干涉光谱仅对应变有响应，而反共振机制光谱仅对温度有响应，因此两种光谱可分别测量应变和温度的变化，实现应变和温度的同时测量。此外，所提出的传感器还有制备十分简单，成本低，质量轻，尺寸小的优点，使该传感器易于应用和普及。 针对光纤气压传感器易于受到外界温度的干扰，从而产生温度的交叉串扰，影响测量结果准确性的问题，本文提出一种基于法布里-珀罗干涉和反共振机制的可用于气压和温度的同时测量的光纤传感器。该传感器将空芯光纤作为传感单元，在单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构的基础上，通过错位熔接或是在空芯光纤后熔接一段细芯的空芯光纤两种方法，实现空芯光纤纤芯与外界环境气体连通。该传感器同样将法布里-珀罗干涉和反共振两种机制结合在空芯光纤中，利用两种机制的光谱对气压和温度有着不同的响应，将两种机制的光谱分离，分别测量得到他们对气压和温度的响应，建立灵敏度的系数矩阵，由于这两种机制对气压和温度的灵敏度响应不同，还可以补偿传感器的气压-温度的交叉响应。
光纤传感器;法布里-珀罗干涉;反共振波导;参数测量
哈尔滨工业大学
硕士
物理电子学
田佳峻
2019
中文
TP212.14
2020-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）