光纤Fabry-Perot传感器的温度和压力传感特性研究

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法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉仪是由两个反射面组成的多光束干涉仪,当干涉仪有效长度或者传感介质的折射率发生变化时,干涉条纹会发生移动。光纤F-P传感器就是利用该原理进行温度、压力、折射率等物理参数进行传感的器件,其具有结构简单、体积小、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,目前已经在航空航天、道路桥梁、健康监测、环境检测、石油化工等众多领域发挥着越来越重要的作用。光纤F-P干涉仪是目前应用最广的干涉型光纤传感器之一,也是目前科研领域研究最多的光纤传感器之一。本文对四种干涉型光纤传感器和光纤光栅进行介绍和原理分析,介绍对应这几种光纤传感器的典型结构。总结光纤F-P传感器的国内外研究进展,分析各种结构的优缺点,提出了三种不同结构的光纤F-P干涉仪,并从理论和实验上分析了这三种光纤F-P传感器的温度和压力传感特性。1.介绍飞秒激光微加工的原理和特点,利用该系统制作了级联式光纤F-P干涉仪,两个F-P干涉腔分别为激光加工形成的空气F-P腔和尾纤形成的光纤F-P腔。光纤形成的F-P腔可用作最高可达1100℃温度传感,在1590 nm处温度灵敏度为14.83 pm/℃,空气形成的开放式F-P腔可用作压力传感,在1550 nm处空气压力灵敏度为3.897nm/MPa。2.利用飞秒激光对单模光纤的纤芯进行改性,利用尾端光纤形成的F-P干涉仪进行最高1100℃的温度传感。在波长1590 nm处温度灵敏度为14.97 pm/℃。制作过程简单并且要求的加工精度较低,有一定的实用价值。3.通过增大常见的单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构中的空芯光纤的长度,因为光纤出射光存在发散角,在空芯光纤壁上产生纵向F-P干涉,该干涉对应于光谱上的包络。利用横向干涉和纵向干涉分别进行温度和压力传感,传感灵敏度分别为0.629 pm/℃,-3.73 nm/MPa,26.1 pm/℃和4.08 nm/MPa,并通过温度压力灵敏度矩阵实现温度和压力的双参量传感,在一定程度上解决了交叉敏感。
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