基于光子晶体光纤的干涉式高温光纤传感器的研究

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光纤传感器自其诞生以来,凭借其在高温、高压等恶劣的工作环境下灵敏度高、结构紧凑、对电磁具有明显的抗干扰性等优点,获得了普遍的推广和应用,学者们对各种基于特殊光纤材料,如光子晶体光纤、蓝宝石光纤和空芯光纤的新型光纤传感器进行了研究。本为主要围绕基于各类特殊光纤的干涉式高温光纤传感器结构进行了研究。本文的主要研究内容和工作创新点如下:(1)简述了光纤传感器的基本原理及其分类,详细介绍说明了四类光纤传感器的研究现状:F-P光纤高温传感器、光纤光栅高温传感器、分布式光纤高温传感器和蓝宝石光纤高温传感器,并综述了光纤传感器的应用和发展趋势。(2)详细介绍了光子晶体光纤、蓝宝石晶体光纤和空芯光纤的基本特性,并对光子晶体光纤的熔接特性进行了展开说明,概述了蓝宝晶体石光纤在高温环境下的自辐射特性。(3)根据法布里珀罗干涉仪光纤传感器的基本工作原理和温度传感机理,提出了一种基于光子晶体光纤的双腔FP高温传感器结构,用于1100℃的高温测量;实验结果表明,该传感器结构的温度灵敏度最高实现了9.94 pm/℃,并在重复性测试中的温度灵敏度实现了8.06 pm/℃,同时表现出了良好的重复性,表明该传感器结构可以满足高温环境下的温度测量。(4)根据MI光纤传感器的基本工作原理,提出了一种基于光子晶体光纤的MI光纤传感器;实验结果表明,该传感器在低温退火处理中,温度灵敏度为15.98 pm/℃,在高温温度测试中,温度灵敏度只有3.1pm/℃,因此该种结构的光纤温度传感器有待进一步研究和验证。(5)介绍了一种将传统光子晶体光纤拉丝处理形成的悬臂芯微结构三孔多模光子晶体光纤(suspended-core microstructured Photonic Crystal Fiber,SC-PCF),并提出并验证了一种应用了悬芯式微结构多模光纤内的多模干扰效应的高温光纤传感器新方案;实验结果表明,传感器的温度灵敏度最高为5.43 pm/℃。该结构的传感器样品仍具有一定的改造和提升空间。
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