【摘 要】
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在光纤传感领域中,温度一直都是与人类的生产和生活密切相关的物理参量。本文在光纤温度传感技术的研究基础上,分别提出并制作了基于聚合物填充石英毛细管的三种不同的高灵敏度温度传感器。所研制的F-P腔型光纤微结构传感器不仅灵敏度高,而且制备方法极其简单,极易重复,成本极低,这些优势都将使得这些传感器在温度传感领域有更大的应用前景。本文的研究工作主要如下:(1)分析了各种液态温敏材料的物理特性,总结了液态温
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（61805197）； 陕西省教育厅科研项目（20JS122）； 陕西省自然科学基础研究计划基金项目（2013JM8032）； 西安石油大学研究生创新与实践能力培养项目基金项目（YCS19211032）；
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在光纤传感领域中,温度一直都是与人类的生产和生活密切相关的物理参量。本文在光纤温度传感技术的研究基础上,分别提出并制作了基于聚合物填充石英毛细管的三种不同的高灵敏度温度传感器。所研制的F-P腔型光纤微结构传感器不仅灵敏度高,而且制备方法极其简单,极易重复,成本极低,这些优势都将使得这些传感器在温度传感领域有更大的应用前景。本文的研究工作主要如下:（1）分析了各种液态温敏材料的物理特性,总结了液态温敏材料填充的方法,深入分析了填充过程中影响的各个因素,并建立相应的理论模型,这将为温度增敏技术研究提供必要的依据和参考。（2）从多光束干涉出发,在理论上深入分析了单F-P腔和双F-P腔对温度响应的机理。（3）提出了一种聚合物填充型单F-P腔光纤温度传感器,详细介绍了该传感结构的制备方法,并对F-P腔的几何长度和界面形变的进行了探讨。在40-50℃范围内,温度灵敏度最高达到了1.45 nm/℃,其线性拟合曲线的拟合度为99.98%。此外,为了消除压力对该传感结构的影响,我们对传感结构进行了封装。（4）提出了一种聚合物填充型单F-P空气腔光纤温度传感器,详细介绍了该传感结构的制备方法,进一步对F-P腔的几何长度和界面形变的进行了探讨和验证。该传感结构在35-54℃范围内,温度灵敏度最高达到了-2.73 nm/℃,其线性拟合曲线的拟合度为99.99%。在0-1 MPa的低压环境中,该传感器对压力的响应是十分微弱的。即使压力改变了1 MPa,也仅仅相当于温度改变0.17℃。（5）提出了一种聚合物填充型双F-P腔光纤温度传感器,两个级联的F-P腔分别以聚合物和空气为介质。该传感结构的干涉光谱由两种空间频谱所组成,分别来源于聚合物腔和空气腔。通过控制聚合物腔与空气腔的长度,可实现对温度的高灵敏传感。该传感结构在29-35℃范围内,温度灵敏度最高达到了-6.76 nm/℃,其线性拟合曲线的拟合度为99.99%。此外,首次指出密闭空气腔会对聚合物的热膨胀有一定的抑制作用。并且该传感结构可用于温度和压力的区分测量,理论上在29-35℃与0-1.2 MPa范围内温度和压力的区分测量误差分别为0.0047℃和0.0025 MPa。
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