【摘 要】
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近年来,光纤传感器已经发展成为规模庞大的产业,被广泛的应用于国防安全、工业生产、信息传输、日常生活以及科学研究等领域,并发挥着日益重要的作用。光纤传感器之所以应用
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近年来,光纤传感器已经发展成为规模庞大的产业,被广泛的应用于国防安全、工业生产、信息传输、日常生活以及科学研究等领域,并发挥着日益重要的作用。光纤传感器之所以应用如此广泛是因为它可以利用光纤的结构特性来实现多种物理量的测量,相比其他类型的传感器而言,光纤传感器具有高灵敏度、不易受到电磁干扰、抗化学腐蚀、结构简单易于实现等优点,并且可以在恶劣条件下工作。曲率作为工程建设、桥梁和铁轨检测重要的物理参量,曲率的测量精度要求越来越高。通常情况下是通过应力和曲率之间的关系来计算出表面的曲率,这种间接求曲率的方法精度较低且不够准确。如何提高曲率传感器的测量精度和灵敏度已经成为了人们的研究热点。本论文主要以模式干涉理论为基础,利用双芯光纤的结构特点,设计了一种双芯曲率光纤传感器,论文主要的研究内容分为以下几个部分:一、对光纤传感器研究背景和分类给出了简单的介绍,详细介绍了几种不同类型的光纤传感器的研究现状,着重讨论了光纤模式理论和模式干涉原理。二、给出了用有限元法(FEM)分析的具体步骤,并且利用该方法分析了光纤模场特性和光波导传输情况。并利用双芯光纤设计了偏芯结构的干涉仪,分析了双芯光纤的结构参数两纤芯功率传输的影响,研究了两个纤芯功率耦合效率与双芯光纤芯间距、折射率差、半径差的关系。还分析了光波导随无芯光纤长度传导时光斑变化情况,根据不同的纤芯间距选取了不同长度的无芯光纤。三、基于以上的理论,利用双芯光纤的纤芯结构参数不同这一特点,提出了一种基于干涉原理的双芯曲率光纤传感器。该传感器由两段单模光纤、两段无芯光纤和一段双芯光纤组成,并通过有限元法模拟分析了在0.556m-10.833m-1曲率范围内,芯间距取12μm、16μm、22μm时得到传感器的灵敏度依次为-18.4nm/m-1、-21.68nm/m-1和-34.73 nm/m-1,结果表明该传感器的灵敏度与双芯光纤的芯间距成正比。并且研究了光纤长度取2cm和3.5cm时曲率传感器的灵敏度分别为-17.1976nm/m-1和-18.4nm/m-1,表明该传感器的曲率灵敏度受到光纤长度影响。
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