基于FabrY-Perot腔全光纤结构的振动传感器制作及应用研究

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近年来,随着光纤传感技术的快速发展,光纤振动传感器由于具有电磁兼容特性好、灵敏度高、前端无源、微型化、便于携带、易于嵌合、便于组成传感网络及远距离监测等诸多优点,而被广泛应用于航天科技、深海探测、医疗设备、化学化工、国防安保等领域中。相信在未来发展中,光纤振动传感技术必将朝着集成化、多功能的方向发展。  本论文从光纤音频及超声振动传感的机理出发,设计并制作了一种基于全光纤微型Fabry-Perot腔结构的振动传感器探头,并对这种全光纤结构的传感器音频响应特性进行了详细的实验研究。此外,我们还使用这种全光纤传感探头,对光纤中的超声传输特性做出来详细的分析和讨论。  论文内容包括了六个章节,各个章节的详细内容如下所述:  第一章主要介绍光纤振动传感器的研究背景及其意义,光纤振动传感器的传感机理及研究现状,最后进行本章小结,论述本文研制的全光纤法布里珀罗传感器的重要意义。  第二章主要介绍全光纤微结构的光纤EFPI型振动传感器基本原理。对基于FP腔的光纤传感器的干涉原理进行了理论分析,并模拟了光纤FP腔结构中的光场分布,最后对这一光纤传感结构的音频、超声检测及传输特性进行了分析。  第三章主要介绍全光纤微结构EFPI型振动传感器的制作和温度稳定性实验。本章首先介绍了我们这种全光纤结构FP腔传感器的制作过程,通过设计和优化后,我们最终制得了具有良好温度稳定性的全光纤传感探头,其腔长为208um,消光比可达31dB。  第四章主要介绍全光纤微结构EFPI型传感器的音频检测实验。我们对这种全光纤结构FP腔传感探头的音频响应特性进行了实验研究,其噪声限制下的最小可检测声压达38.9uPa/Hz1/2,最高声压响应灵敏度为520mV/Pa,此外我们还对该光纤传感器探头的音频响应的方向性选择特性进行分析和讨论。  第五章主要介绍全光纤微结构EFPI型传感器的超声检测系统。我们采用制作的FP腔传感探头,对光纤中的超声传输和耦合特性进行研究,分析了光纤在熔接点数与涂覆层变化等条件下,超声在光纤中的传输特性的变化,这些结果对于这类光纤超声传感器在实际工程中的应用具有现实意义。  第六章总结了本论文的研究主要内容。综述光纤振动传感器的特性,进一步总结问题、列举实验中发现的问题、查找并弥补实验的不足之处,并对该光纤振动传感器未来应用提出进一步应用展望。
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