偏芯型光纤微传感器研制

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光纤传感器具有质量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀的特性,被广泛的应用于航空航天、石油勘测、桥梁安全检测、生化分析等方面。偏芯型光纤微传感器由于其可控性强、高灵敏度、体积小等优点逐渐得到了广泛的关注,并在温度、折射率、应变、弯曲、加速度、磁场测量等方面都有很好的应用。本文基于模间干涉原理,通过偏芯熔接的方法设计了一种无温度串扰的光纤折射率传感器,采用共差分温度自补偿算法解决了温度与折射率交叉敏感问题,并对其应变、弯曲响应以及工作稳定度进行测试分析。通过对光纤种类、长度、对称和非对称结构以及偏芯量大小对光纤微传感器透射光谱的影响进行制备分析,发现选取细芯光纤、非对称结构偏芯熔接的方法,当偏芯量分别为6.25μm、18.75μm时,可获得稳定的透射光谱以及较大的光谱消光比。通过对光纤微传感器的温度响应以及折射率传感特性进行测试分析,发现该方法制备的光纤微传感器的不同干涉谷对温度的响应具有高达99.12%的一致性,因此采用共差分温度自补偿算法解决折射率和温度交叉敏感问题。该方法可得到更准确的折射率灵敏度(-74.22 nm/RIU),消除了由于温度串扰造成的误差(1.2%),从而提高了光纤折射率传感器的测量准确度。并对光纤微传感器的应变、弯曲响应进行了特性测试分析,得出其应变灵敏度为-1.36 pm/με、0.00581 dB/με,弯曲灵敏度为-3.415 nm/m-1,具有很小的机械扰动性,当光纤折射率传感器用于机械扰动性较大的环境中仍能够保证测量的准确度。此外,该光纤折射率传感器在2小时之内的波长波动范围为±0.02 nm,强度波动范围为±0.03 dB,具有较高的工作稳定性,满足实际工作需要。
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