基于侧边对光的T型结构光纤法布里-珀罗微腔传感器

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光纤传感器因为其结构简单、灵敏度高、响应速度快等优势,发展迅速,在推动物联网技术和新型传感技术上发挥着重要的作用。在众多类型的光纤传感器中,光纤法布里-珀罗微腔传感器凭借自身结构紧凑、灵敏度高、易于安装、布线和组网等优势拥有较高的应用价值。因此本文在现有研究的基础上设计了一种侧边对光的T型新结构用来制作新型光纤法布里-珀罗微腔传感器,并探究了该T型结构光纤传感器的性能以及应用领域。本文首先提出了一种基于单模光纤的T型结构光纤折射率和温度双参量传感器用于微流体传感。该传感器的微腔结构是由毛细管光纤的空气纤芯以及二氧化硅包层组成的光纤级联法布里-珀罗干涉仪(FPI),两个FPI的光程差皆由光纤自身参数决定。本文对3种尺寸的微腔结构的传感器进行了实验,通过解调复合腔和石英腔的反射谱并分析反射谱的波长漂移,分别得到了最高816.2 nm/RIU的折射率灵敏度和最高12.3 pm/℃的温度灵敏度;对3种传感器的折射率响应进行了重复性实验,得到最高0.29%和最低0.14%的变异系数,具有较好的折射率响应重复性;对折射率和温度进行同时检测,得到折射率和温度的最大误差分别为9.7×10-5 RIU和0.47℃。此外,本文还提出了级联光纤布拉格光栅的T型结构光纤磁场和温度双参量传感器用于磁场传感。本文采用磁流体作为敏感介质填充进空芯腔内,由于磁流体的折射率会随外加磁场以及温度的变化而变化,因此在光纤法布里-珀罗磁流体传感器中存在温度和磁场的交叉敏感问题。为了解决这个问题,本文在单模光纤端写入光纤布拉格光栅(FBG),FBG作为磁场测量的温度补偿单元,为交叉敏感问题提供了有效的解决方案。实验结果表明,传感器的磁场强度灵敏度为128.1 pm/m T,磁流体FP腔的温度灵敏度为-35.7 pm/℃,FBG传感单元的温度灵敏度为11.9 pm/℃,磁场和温度同时测量时的误差分别为1.31 m T和0.23℃。
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