论文部分内容阅读
随着信息技术的发展,基于机械和电子技术的传感系统在某些领域不能满足气体流速和液体液位的测量需求。而光纤由于本身免疫电磁场的干扰、对于化学腐蚀具有很强的耐受性,以及本身的高灵敏度和结构的紧凑,所以基于不同原理的光纤传感系统被相继提出。然而这些传感系统大多需要对传感结构进行特殊的、复杂的处理,虽然提高了其灵敏度,但是也使得整个结构更加的脆弱容易损坏。针对以上技术难题,本文首先介绍了光纤传感器的发展概况,并针对流速和液位的传感系统进行分析,阐述他们的优势和不足。在分析了光纤法布里-珀罗效应的原理及空芯布拉格光纤的传感特性的基础上,提出了两种新型的气体流速和液体液位传感系统。我们提出了一种集成在微流控芯片中的气体流速传感器,用于高流速的测量。使用两根单模光纤固定在微流通道两侧,两个平整的光纤端面形成F-P腔。当气体通过通道时由于不同流速给予通道两侧不同的压强,从而改变F-P的腔长。通过研究F-P的反射谱的变化情况以实现对流速的传感。整个的传感器制作工艺简单,材料价格低廉,同时能整合到微流控芯片中,所以结构相对紧凑实用。然后针对液位测量,我们设计并实际拉制了一种空芯布拉格光纤,这种光纤的导光原理是利用其不同折射率包层间形成的F-P腔的反共振反射和布拉格效应形成光子带隙。将空芯布拉格光纤熔接在两段单模光纤中间,竖直放置的光纤由于浸没在液体中深度不同,对于光的束缚能力也会相应的变化,得到各异的透射谱。通过检测透射谱的变化从而实现对于液位的测量。我们对空芯布拉格光纤的结构参数,包括高低折射率层的厚度和层数进行了优化和模拟分析,同时实际拉制并实验测量了其透射谱的光谱特性。随后进行了液位测量实验,得到的灵敏度达到1.05dB/mm。这种传感器不仅灵敏度高,工艺简单,而且响应时间快,重复性和稳定性好,同时对于室温下的温度波动不敏感,能够有效地实现液位的高精度测量。