基于应变薄膜偏心反射结构的高灵敏度光纤压力传感器研制

摘要

光纤传感器是以光波为载体、以光纤为媒质对外界信号进行测量的技术;具有抗电磁干扰和耐腐蚀等优点，适用于远距离和易燃易爆等恶劣环境。应变膜光纤压力传感器作为其中的一种，是利用光纤接收应变膜的反射光，并根据反射光的强度或相位变化进行压力探测;它不仅具有结构简单、性能可靠等优点，而且能对位移、速度、流量、电压等多种物理量进行检测。
　　本文研制的应变膜光纤压力传感器，其设计思路如下:采用光纤准直器取代光纤，并且光纤准直器位于圆形应变薄膜的偏心位置，当薄膜受压形变时会改变光束的反射角度，从而改变返回光纤准直器的光强度;因此其探测机理是属于入射角敏感，而非传统的距离敏感。与单模或多模光纤相比，光纤准直器的光束平行度更高、光束发散角更小（小于0.25度）、工作距离更长（约10cm）、光束耦合效率对入射角更敏感。因此，本文研制的传感器具有高灵敏度和易于制备的特点。在理论分析的基础上，完成了传感器的研制。测试结果为:当应变薄膜的厚度为100μm和150μm时，灵敏度分别为1.11dB/KPa和0.16dB/KPa;并且通过调节传感器腔内的气压，实现测试范围的调谐(例如探测范围可以从0.001MPa～0.048MPa平移到0.045MPa～0.09MPa)。更高的灵敏度可以通过进一步降低薄膜厚度实现。首先介绍了光纤传感器的特点、类型和发展状况;其次讲述了光纤压力传感器的典型结构、应用和研究现状;接着对所制备的光纤传感器进行了理论模型分析;最后介绍了光纤压力传感器的制备和测试分析，同时对全文进行了总结，并在本文已做过的工作的基础上，对今后的研究工作进行了展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 光纤传感器概述

1．2 光纤传感器的特点及分类

1．3 光纤传感器的应用

1．4 光纤传感器的发展现状

2 光纤压力传感器简介

2．1 特点及分类

2．2 结构原理分析

2．3 典型结构介绍

2．3．1 强度调制型

2．3．2 频率调制型

2．3．3 相位调制型

2．3．4 波长调制型

2．3．5 分布式

2．4 反射式强度型光纤压力传感器

2．5 论文创新点和主要内容

3 基于应变薄膜偏心反射结构的光纤压力传感器的设计及理论分析

3．1 结构设计

3．2 工作原理

3．3 薄膜受力分析

3．4 理论模型分析

3．6 总结

4 基于应变薄膜偏心反射结构的光纤压力传感器的制备及工艺

4．1 反射薄膜的制备

4．2 套筒的制备

4．3 器件制备

5 基于应变薄膜偏心反射结构的光纤压力传感器的测试及分析

5．1 测试装置分析

5．2 测试过程简介

5．3 测试数据及曲线分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢