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光纤传感器作为一种新型的非电传感器,相对于传统电传感器有着独特优势,包括结构紧凑、重量轻、绝缘、抗电磁性能好、耐高温、耐腐蚀等。自光纤传感器问世以来,一直备受科研学者们的青睐,如今已经在工业制造、农业生产、气象监测、生物医疗、航空航天和国防军事等许多领域受到了广泛关注。本文在以往光纤传感器的研究基础上,将单模光纤(Single mode fiber,SMF)球形结构与光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)相结合,设计制作了新型全光纤传感器,主要的研究内容包括:1、阐述了光纤传感器的发展背景和意义,介绍了其研究现状、发展趋势以及主要分类。之后分别对光纤布拉格光栅传感器和干涉型传感器的研究进展进行了介绍,并在此基础上单独说明了球形结构在光纤传感器中的应用。2、详细分析了光纤的模式耦合以及模间干涉理论,同时阐述了布拉格光栅的传感原理。通过分析布拉格光栅的基本原理,对其针对不同参量的传感特性进行了研究,得到了11.9 pm/°C的温度灵敏度和1.3 pm/με的应变灵敏度。3、基于球形结构和光纤布拉格光栅的传感特性,设计了一种温度无关的折射率(Refractive index,RI)传感器,并进行了实验验证。传感结构由单模光纤球形结构拼接光纤布拉格光栅制作而成,球形结构用于激发具有不同有效折射率的包层模式。通过测量反射布拉格包层模式和纤芯模式之间的波长偏移差,在1.357 RIU-1.458 RIU的折射率范围内,实现了2.87 nm/RIU的最大灵敏度。当温度从25°C升高到225°C时,包层模式和纤芯模式之间的相对波长漂移没有显着变化,说明该光纤传感器允许进行与温度无关的RI测量。4、基于球形结构和光纤布拉格光栅的传感特性,设计了一种带有温度补偿的微位移传感器,并进行了实验验证。传感结构由级联球形结构串联布拉格光栅制作而成。第一个球形结构用于激发包层模式,第二个球形结构可以实现包层模式与纤芯模式的耦合干涉。同时,利用布拉格光栅固有的温度特性,将其只用作测量温度使用,消除了交叉灵敏度的影响。通过观测微位移和温度变化时,干涉谷和布拉格透射谷的波长漂移情况实现传感测量。其中,级联球形结构干涉谷的微位移和温度灵敏度分别为-89.892 nm/mm和0.088 nm/°C,FBG透射谷的温度灵敏度为0.012 nm/°C。通过计算传感矩阵,可以得到温度补偿后的微位移测量结果。