多芯少模光纤位移和曲率传感器的研究

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光纤传感器凭借其抗电磁干扰、质量轻、耐腐蚀等优点,得到了广泛的研究和应用。当前对于光纤传感器的研究已取得了很大的进展,且对其研究还在不断地深入,新的传感机理及传感器不断被提出。多芯少模光纤是一种新型传输光纤,被用来满足由于网络用户飞速增长带来的超大带宽需求。利用多芯少模光纤的光信号传输理论已成为光纤通信领域的一个研究热点。该光纤具有传输容量大、单根光纤传输信道多、低的非线性、低的模式色散、几个模式在光纤中同时传输等优点,在光通信领域备受关注。由于该光纤具有良好的模式传输性能,基于模式干涉原理利用该类型光纤可实现对外界物理量的探测。该类型光纤传感器的研究有助于光纤传感技术应用领域的扩展。本论文的主要目的是基于模式干涉原理利用多芯少模光纤设计两种光纤传感器,一种是光纤位移传感器,另一种是光纤弯曲曲率传感器。论文主要内容如下:建立了多芯少模光纤传感器模型,分析了传感器灵敏度的影响因素;并研究了多芯少模光纤传输模式激励的方式。基于上述理论模型,设计了一种光纤位移传感器。该传感器由两段单模光纤和一段多芯少模光纤构成。分析了光纤参数和传感器结构参数对传感器性能的影响,并测试该光纤传感器的性能。实验结果表明当光纤轴向位移变化量为0-60μm时,该新型传感器的检测灵敏度为-61.17pm/μm,与理论计算结果之间的误差小于3.9%。利用该光纤多芯的特点,提出一种消除温度干扰的弯曲曲率传感器,并测试该传感器性能。实验结果表明该新型光纤传感器在0-4.5m-1弯曲曲率范围内,不同纤芯的组合下可得到的传感器测试灵敏度依次为137.0pm/m-1、103.0 pm/m-1、68.0 pm/m-1和30.8 pm/m-1,该结果与理论计算相符;此外实验测试了温度对曲率测量的影响,实验结果表明同一弯曲状态不同温度下,测量的弯曲曲率基本不变,也就是曲率的测量可消除不受温度的影响。
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