光纤Fabry-Pérot传感器研究及应用

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光纤Fabry-Pérot传感器在实际应用中有着广泛的前景,本文主要对其在微流速和曲率测量的应用进行了研究和讨论。主要内容如下:1、查阅大量参考文献,结合文献的研究情况,分别介绍了光纤微流体流速传感器和光纤曲率传感器的研究背景、制作原理以及发展前景。2、提出并实现了基于BFA的微流体流速测量传感器系统,利用单模光纤(Single Mode Fiber,SMF),光纤适配器(Bare Fiber Adapter,BFA)的陶瓷面和聚乙烯(Polyethylene,PE)薄膜构成Fabry-Pérot(F-P)结构,BFA中的陶瓷端面由PE膜覆盖,其中插入的SMF可以自由移动。由于不同的微流体速度,使得PE膜受到不同的压力,导致F-P腔长度发生了变化。通过监测透射光谱的漂移来实现流速的测量。在此次实验中,制作了三种长度(50,75,100μm)的F-P腔。实验结果表明,对微流体流速的最大灵敏度为0.048 dB/(μm/min)和0.0059 nm/(μm/min)。此外,在实验中测量了PE膜厚度和微流体浓度对所提出的传感器的响应。该传感器可用于微流速和高灵敏度的微流体流速测量,尤其是在诸如生物血管等微通道中进行。3、提出并实现了基于毛细管的光纤微流速测量系统,分析了传感器的原理并详细介绍该传感器的制作过程,并用于微流体流速的测量。传感器由SMF,毛细玻璃管和聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)管组成。本实验制作了三种不同腔长(20,30,50μm)的光纤F-P传感器,从不同光纤F-P腔腔长对微流速变化的影响进行了探究,通过监测三种长度腔长的输出干涉光谱,分别得到了三个微流体流速灵敏度0.0034nm/(μm/min),0.0037nm/(μm/min),0.0049nm/(μm/min)。本微流速传感器能够直接进行微流体的流速测量,具有非接触式,高灵敏度,低成本等特点。4、提出并实现了基于光纤球形结构的LPFG曲率传感器,用于高灵敏度的曲率测量。与普通的LPFG(Long-Period Fiber Grating,LPFG)相比,光纤球形结构的加入把LPFG分成了两个级联的F-P结构,在透射光谱中观察到了两个新的dip,通过监测波谷的漂移来实现曲率测量。实验结果表明,在曲率范围为00.71 m-1内,最高曲率灵敏度可以达到-104.642nm/m-1,传感器的温度响应也得到了研究,并且发现dip的漂移与传感器的温度响应呈二次线性关系。最高温度灵敏度为0.36 nm/℃,温度范围为20℃至90℃。
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