光纤传感器作为光纤的一种应用,具有体积小、不受电磁干扰、易与衣物结合、与生物体亲和力强等优点,被广泛应用于国防、航空航天、环境保护、生物医学等领域。近些年,光纤传感器逐渐走进人们的生活,开始在生命健康监测领域崭露头角。本文通过在薄芯光纤两端熔接普通单模光纤的方式制得异芯光纤结构。该结构的光纤成本低、结构简单、易制作且不需要复杂的解调技术,有着重要的研究意义。文章针对异芯光纤的折射率、静态应变、动态应变传感特性进行探究,理论分析其传感原理,并利用实验进行验证;利用异芯光纤的微弯效应实现人体腕部桡动脉脉搏波波形和睡眠过程中呼吸频率的获取与分析。主要内容如下:(1)分析并总结了国内外光纤传感器的研究背景、动态、发展趋势以及近年来光纤传感器在人体健康监测中的应用。简单介绍了异芯光纤折射率传感原理,并进行了实验研究。通过在异芯光纤一端级联法拉第镜的方式构成以迈克尔干涉为理论为基础的反射式异芯光纤传感器。传感器在折射率范围为1.3436~1.4015的甘油溶液中,异芯光纤灵敏度为155.148 nm/RIU;在0 g/dl~34 g/dl的葡萄糖溶液中,输出光谱随浓度增加呈线性变化,其线性相关度能够达到0.996;在0℃~100℃的温度范围内,传感器对温度不敏感,能克服实际测量过程中温度串扰的问题。(2)利用悬臂梁结构对异芯光纤静态应变特性进行了研究。实验中,通过控制悬臂梁位移量以产生不同大小的应变,具体应变量通过解调FBG信号得到。随着应变的增加,异芯光纤传输光损耗线性增加。对动态应变传感特性的研究发现异芯光纤结构可测得的动态应变频率范围为0 Hz~200 Hz。动态信号的测量为异芯光纤在脉搏和呼吸监测上的应用打下了基础。同时,静态和动态信号强度解调方式,极大降低了解调难度和解调成本。(3)以微弯效应为基础,探究了在脉搏和呼吸监测上的应用。针对脉搏监测,设计了增敏封装结构,研究了不同长度和芯径的薄芯光纤对传感器的影响。实验结果表明当传感器熔入纤芯直径为2.5μm,长度为2 mm的薄芯光纤时,其测试效果更好。与商用脉搏传感器对比测试,证明了光纤脉搏传感器的实用性。针对呼吸监测,研究了光纤在受到不同压力时,传输光损耗特性。实验结果表明,随着压力增加,输出光损耗呈单调增加。利用搭建的测试系统对人在睡眠过程中的呼吸信号进行采集与分析,证明了异芯光纤在呼吸监测方面的潜力,以及对预防多种疾病的重要意义。