【摘 要】
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曲率作为一种重要的物理参量,可以反映被测物体的结构和形态,在土木工程、航空航天、复合材料等领域具有重要的意义。光纤传感器在曲率传感领域具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,但是往往存在温度交叉敏感、曲率测量范围小等问题。为解决上述问题,本课题提出了基于空芯光纤的曲率传感器,分析了传感器中反谐振和马赫-曾德干涉两种传感理论,研究了传感器的曲率传感特性,实验验证了该传感器具有大曲率测量范围、温度不敏
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曲率作为一种重要的物理参量,可以反映被测物体的结构和形态,在土木工程、航空航天、复合材料等领域具有重要的意义。光纤传感器在曲率传感领域具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,但是往往存在温度交叉敏感、曲率测量范围小等问题。为解决上述问题,本课题提出了基于空芯光纤的曲率传感器,分析了传感器中反谐振和马赫-曾德干涉两种传感理论,研究了传感器的曲率传感特性,实验验证了该传感器具有大曲率测量范围、温度不敏感、扭转不敏感等优点。本课题的具体研究内容包括:1、对空芯光纤的结构特点和导光机制进行了分析,研究了空芯光纤的反谐振效应和马赫-曾德干涉两种传感理论。理论推导了反谐振效应中谐振波长的公式和马赫-曾德干涉中干涉波长的计算公式,使用数值仿真软件Rsoft仿真了空芯光纤和单模光纤-空芯光纤-单模光纤两种结构中入射光的传输情况,分析了空芯光纤的内径和长度对透射光谱的影响。2、提出了基于空芯光纤的曲率传感器,对其进行了传感理论、制作方式和结构参数的研究。建立了基于反谐振效应和马赫-曾德干涉的曲率传感理论模型,分析并验证了该传感器的温度不敏感性。研究了传感器的制作方式,分析了熔接参数对透射光谱的影响,并且实验分析了空芯光纤内径和长度对透射光谱中谐振峰和干涉峰的影响,为该传感器的制作工艺优化和结构参数设计提供了依据。3、设计并搭建了基于空芯光纤的曲率传感器的传感实验系统,完成了传感器的曲率传感实验,以及温度和扭转对传感器的影响实验。实验结果表明,该传感器在曲率范围为0～7.04 m-1时曲率灵敏度是-0.54 nm/m-1,在7.04～11.87 m-1时曲率灵敏度为-2.02 nm/m-1,该传感器的温度灵敏度和扭转灵敏度分别为5.54pm/℃和-6.74 pm/(rad·m-1),验证了该传感器具有温度不敏感性和扭转不敏感性。
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