长距离光纤折射率传感技术研究
长距离的实时监测在一些应用领域中具有非常重要的作用，比如化工产业，海洋环境评估和管道安全监测等领域。折射率参数作为物质的内在属性，与物质的化学、物理性质之间有着非常密切的联系。所以在一些的应用领域中，对折射率进行长距离的实时性检测具有非常重要的实际意义。本论文主要研究内容为长距离的折射率传感技术，具体研究内容如下： 1、基于光时域反射技术提出了一种反射型的长距离折射率传感器。该传感器通过测量光纤端面与样品溶液之间的菲涅尔反射信号，能够轻易地获得一定距离以外的折射率变化信息。该传感器具有制作简单、操作方便等优点。实验结果表明了该传感器能够实现的测量距离可达100.8km，在折射率范围1.3486～1.4525，折射率的灵敏度范围为38.71dB/RIU～304.89dB/RIU。实验还通过人为的施加干扰验证了该传感器具有较好的稳定性和准确性，在长距离的折射率传感领域中具有较好的应用前景。 2、提出并实现了一种基于菲涅尔反射的准分布折射率传感器。利用光耦合器从光纤链路上分出的光纤末梢切平后被作为折射率传感头。在多个折射率传感头之间采用不同长度的延迟光纤，利用不同位置传感处的菲涅尔反射信号回到测量端的时间差来实现距离可分辨的多点测量。我们通过实验实现了测量距离为16公里双点折射率传感，并表明了该传感器在折射率范围1.3486～1.4525，其对应的灵敏度范围为38.785dB/RIU～305.430dB/RIU。实验还通过增加传感头的数量进一步验证了该传感器的多点复用能力。 3、提出了一种基于反射型长周期光纤光栅（Long Period Fiber Grating，LPFG）的长距离双参数传感技术，该传感技术通过连接LPFG和Sagnac干涉环实现了折射率与温度的同时监测。在一个传统的LPFG末端连接一个Sagnac干涉环，是LPFG工作在反射模式，这种结构更适合一些长距离传感。因为LPFG与Sagnac具有不同的温度和折射率灵敏度，所以可以通过监测LPFG的谐振峰和Sagnac干涉峰的波长移动来同时获得温度和折射率值。实验结果表明，该传感器的温度灵敏度为1.533nm/℃，在折射率范围1.333～1.430，折射率灵敏度为16.864nm/RIU～113.142nm/RIU。实验利用该传感器实现了的40km折射率和温度的同时传感，证明了该传感器在长距离的双参数传感领域中具有良好的应用前景。
光纤折射率传感;长距离传感;实时监测;长周期光纤光栅;光时域反射;Sagnac干涉环
中国计量学院
硕士
物理电子学
赵春柳
2015
中文
TP212.14;TP274.5
64
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）