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与传统的超声波传感器相比,光纤超声波传感器以其不受电磁干扰、耐腐蚀、体积小、重量轻、便于复用、耐高温等独有优点受到广泛的关注和研究。全光纤化、小型化、智能化将是今后超声波传感器发展的重要方向。光纤珐珀超声波传感器作为光纤超声波传感器中极为重要的一类,在分辨率、精度、响应频带等方面优势明显,是最有发展潜力的光纤超声波传感器之一。本文来源于国家自然科学基金(60537040),是基于目前迫切需要性能更优越的超声传感器件的要求,首次提出利用基于空芯光子晶体光纤构成的在线型珐珀干涉(HCPCF-ILFP)传感器来检测超声波,为超声波的检测提出了一种全新的器件。主要工作和成果如下:I.利用圆形活塞换能器的纵波声场公式,从理论上得到了本课题所使用的换能器中心轴线上,过轴线任意平面上,以及垂直于声轴的横截面上声场的分布情况,并利用公式进行数值的仿真。仿真结果表明在垂直于换能器声轴的横截面上声场呈高斯分布;而在换能器中心轴线上,近场区内的超声场振荡较大,而在近场区外呈单调衰减趋势,因此在检测超声波时应把传感器放在近场区以外。数值仿真结果为超声波检测实验奠定了理论基础,并在一定程度上很好的指导了实验。II.对比了基于HCPCF的光纤珐珀传感器与FBG的温度特性和应变特性,实验表明前者具有更低的温度系数(HCPCF-ILFP为0.9pm/℃,而FBG为10.7pm/℃),更高的应变灵敏度(HCPCF-ILFP为2.8pm/με,而FBG为1.3 pm/με)),更适合用于超声波的检测。通过对超声波检测原理和解调方法的学习和研究,搭建起了超声波检测的实验系统,其中包括超声波的产生系统,光纤超声波传感器的固定升降装置,可垂直及水平移动超声波换能器的夹持装置,以及光路检测部分,并利用HCPCF-ILFP实现了对超声场的检测,实验表明HCPCF-ILFP比FBG更灵敏,并利用声波在分界面的反射和折射理论,从不同介质的特征声阻抗出发,对实验结果进行了解释,初步分析了HCPCF-ILFP与超声场的作用机理。III.对已有的基于HCPCF的光纤在线型珐珀超声传感器进行改进,提出了基于HCPCF的光纤光栅型珐珀超声波传感器。从FBG的耦合理论出发,利用传输矩阵法对该种结构进行理论上的分析和推导,发现当两个FBG之间单模光纤的长度、HCPCF-ILFP的腔长和FBG的中心波长满足一定条件时,就会在FBG的反射带宽内形成尖锐的谐振峰。通过数值的仿真,得到了3dB带宽仅为28pm的谐振峰。