空心玻璃球微腔光纤法珀传感器研究

摘要

随着光纤传感器的种类和制备工艺日趋多样，光纤传感器的应用领域不断扩展，小型化的微结构光纤传感器应运而生。其中微结构的光纤法布里-珀罗（法珀）传感器更是传感领域的研究热点，研究者从选用新型材料、改进制备工艺、提高传感器的性能等方面制备出新型的光纤法珀传感器。本文基于光纤法珀干涉原理设计了一种空心玻璃球微腔光纤法珀传感器，并对制备的传感器的传感性能进行了实验测量。完成的主要研究内容如下： （1）介绍了基于多种原理的微结构传感器的研究进展，比较分析各种不同结构和制作工艺条件下的传感性能，按照目前优化制备工艺和降低制作成本的微结构光纤传感技术路线，确定了研究方向。 （2）在光纤法珀传感器结构和干涉理论的基础上分析了端面反射率对干涉光谱精细度的影响，以及不同端面反射率下干涉光谱的形状；制备出一种双光束法珀干涉结构；并重点介绍了傅里叶变换与最小均方差联合解调算法；最后workbench有限元分别仿真分析了空心玻璃球微腔的温度和压强的形变分布。 （3）设计了一种制作简单、成本低的空心玻璃球微腔光纤法珀传感结构，介绍了两种固定方式：双端固定式和单端固定式。 （4）实验验证了空心玻璃球微腔光纤法珀传感器的温度特性，其中双端固定式法珀传感探头的温度测量范围是30-40.5℃，单端固定式法珀传感探头的温度测量范围是10-60℃，实验证明本文设计的空心玻璃球微腔光纤法珀传感器具有较高的温度灵敏度；实验分析了单端固定式法珀传感探头的压强特性，压强测量范围是0.1-1MPa；其中单端固定式法珀传感探头的温度和压强实验结果与仿真结果吻合；最后用该法珀传感器进行了超声波探测实验，为后期光纤法珀传感器结构的改进和应用的扩展提供了思路。 本文通过改进微结构光纤法珀腔的制作工艺和选用新的制作材料设计了一种新型的空心玻璃球微腔光纤法珀传感器。这种结构的传感器相较于已报道的微腔式光纤法珀传感器，具有制作工艺简洁，成本低，高温度灵敏度的优点，有十分重要的科学意义和发展前景。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 微结构光纤传感器国内外发展概况与现状

1.2.1 微结构光纤法珀干涉仪的研究现状

1.2.2 微球腔光纤传感结构的研究现状

1.3 光纤法珀传感器的应用

1.3.1 温度传感

1.3.2 压强传感

1.3.3 超声波传感

1.4主要研究内容

第2章 光纤法珀传感器

2.1 光纤法珀传感器工作原理

2.1.1 光纤法珀传感器结构

2.1.2 光纤法珀传感器干涉原理

2.2 光纤法珀传感器的腔长解调算法

2.2.1 条纹计数法

2.2.2 傅里叶变换与最小均方差联合算法

2.3 空心玻璃球微腔的温度和压强仿真实验

2.3.1 空心玻璃微腔温度仿真

2.3.2 空心玻璃微腔压强仿真

2.4 本章小结

第3章 空心玻璃球微腔光纤法珀传感器制备

3.1实验系统设计

3.2 空心玻璃球微腔光纤法珀传感探头的制备

3.2.1空心玻璃球微腔光纤法珀传感探头制作材料和仪器

3.2.2双端固定式法珀传感探头的制备

3.2.3单端固定式光纤法珀传感探头的制备

3.3 本章小结

第4章 空心玻璃球微腔光纤法珀传感实验研究

4.1 空心玻璃球微腔光纤法珀传感探头的温度传感实验

4.1.1 双端固定式光纤法珀传感探头的水浴实验

4.1.2 单端固定式光纤法珀传感探头的温箱实验

4.2单端固定式光纤法珀传感探头的压强传感实验

4.3 单端固定式光纤法珀传感探头的超声传感实验

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文和参与的项目

发表的论文

参与的项目