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随着光纤通信技术和集成光学的发展,光纤传感技术也不断的日益壮大。因其具有的特殊的优良的特性,包括抗电磁干扰、耐腐蚀、远距离传感、可波分复用、灵敏度高等,光纤传感器已经在广大的行业中发挥了巨大的作用,并且在很多领域里面扮演着不可替代的角色。在光纤传感器不断发展的过程中,传统的电学的传感器也不断受到挑战和冲击,在一些领域里面已经出现逐步取代的趋势。
在本次论文中,总结了先前的光纤传感器技术的优势和不足,深入研究、讨论并弥补了之前一些传感器的不足。设计了一种新型的基于光开关、菲尼尔发射的简易、高精度的光纤折射率传感器,以及两种基于醋酸丁酸纤维素的湿度传感器,分别为基于双通道相对菲涅尔反射光强和基于法布里珀罗干涉。所有实验都已经被详细的从理论上和实验上被研究。其具体工作原理也有具体的介绍。从而论证了这些想法的正确性和可行性。此次研发的传感器系统具有更低的价格、更大的灵活性、更大的测量精度,并有望成为商用,创造市场价值。
本次论文中,主要工作及创新概述如下:
(1)较为完整的介绍了光纤传感器的基本原理、应用范围、研究现状等。
(2)提出了一种新型的基于光开关和菲涅尔反射的光纤折射率传感器,相比较之前的双通道系统,一方面进一步消除了由光纤探测器所导致的一些测量误差,另一方面该套系统可以非常简单的拓展为准分布式的多点监测系统,同时,此套实验装置只用了一个光源、一个耦合器、一个光开关、一个PIN管,成本较之前更低廉。
(3)提出了一种基于菲涅尔反射和醋酸丁酸纤维素的光纤湿度传感器,建立的理论模型,并且通过实验论证。该套实验装备具有操作简单、成本低廉、动态范围宽等优点。并且可以通过利用波导阵列光栅和薄膜滤波器组件多点探测系统。
(4)提出了一种基于醋酸丁酸纤维素和法布里珀罗干涉的光纤湿度传感器。该套系统具有高灵敏度、高线性度、宽动态范围等特性。从理论上和实验室都分析并验证了该方案。
(5)搭建基于DSP、1*8光开关、扫频激光器的光纤光栅的应力、振动解调仪。整个系统扫频带宽为50nm,覆盖波长范围1520nm-1570nm。光纤光栅(FBG)中心波长间隔为3nm,一共8个通道,总共50多个FBG。利用超宽动态范围的对数放大器AD8304和DSP内置12位模数转换模块,并做后期峰值检测算法,计算出相对峰值,并送往后期上位机界面做最后的显示和处理。