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光纤传感器作为一种新型的传感器,以其灵敏度高、抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小、重量轻、可进行分布式测量等优点受到了广泛研究,其中光纤曲率和声波传感器在桥梁和建筑的结构健康监测、地震预警监测等领域,具有潜在的应用前景。本论文结合国家自然科学基金重大项目,针对基于少模光纤和长周期光栅(Long-period fiber grating,LPG)的曲率和声波传感的相关技术进行理论分析和实验验证。主要研究内容和成果包括:(1)本论文设计了基于单模-少模-单模光纤的偏移熔接结构进行曲率测量,深入研究了基于少模光纤的曲率传感原理,并采用干涉光谱的对比度变化来解调曲率,进而可以实时监控曲率变化。优化设计了偏移熔接量和少模光纤长度,分析了偏移熔接结构中的模式干涉及弯曲传感的原理。在0.5-16m-1曲率变化范围内进行实验,其中在11-16 m-1内获得了较好的线性变化,灵敏度为0.107/m-1,解决了目前曲率传感器测量范围小和不能实时监控的问题。(2)LPG对弯曲十分敏感,设计了基于少模光纤偏移熔接结构和LPG级联进行曲率测量。依据单个LPG对声波响应的原理,对级联结构的低频声波传感特性进行了研究。分析了强度解调的原理,提出了采用光强变化来解调曲率和声波。采用琼斯矩阵,对少模光纤偏移熔接结构和LPG级联的光谱特性进行了理论模拟。实验中,在0.124m-1-0.304m-1的曲率范围内,LPG透射峰的光功率变化呈线性,灵敏度约为93.01dB/m-1,灵敏度比同类传感器高出一个数量级;并且在曲率一定时,对频率为110-230Hz的低频声波有着较高的响应灵敏度,110Hz的声波响应灵敏度最高,约为15mV/Pa,其他频率约为4.5mV/Pa。(3)在直通级联的结构上进行了改进,设计了嵌有少模光纤偏移熔接结构和LPG的Sagnac环,对其曲率和低频声波的传感特性进行了研究。采用琼斯矩阵,对基于少模光纤偏移熔接结构和LPG的Sagnac环的光谱特性进行了理论模拟。同样,在实验过程中,采用光强变化解调曲率和声波,结果表明,当曲率由0.119m-1变化到0.349m-1时,1552nm波长处干涉峰的光功率由-70.255dB变化到-59.712dB,拟合实验数据,得到较高的曲率灵敏度,为45.84dB/m-1。在曲率接近0时,即LPG几乎没有弯曲,对频率为110Hz的低频声波有着较高的响应灵敏度,约为70mV/Pa,其他频率的响应灵敏度约为35mV/Pa。另外,该传感器对声波响应的灵敏度是可调的,随着输入光源光功率的增加而变大,并且,解决了直通级联结构在实际应用中光源和探测器处在两端的问题。