耦合式高灵敏度光纤渐逝波传感器

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本文介绍的是一种新型的耦合式光纤渐逝波传感器,它具有结构简单,灵敏度高,响应时间短等特点。在了解单模光纤渐逝波及其特性之后引出光纤耦合器渐逝波原理,根据两光纤中能量分布结构,导出了对称光纤耦合器耦合系数参数表达;对光纤耦合分光比参数做了较为详细的分析,得出了耦合锥区包层等效折射率的微小变化可以改变耦合器中两正交基模的干涉效果,从而使得输出耦合分光比信号产生显著的变化,以此原理实现该光纤传感器的测量。关于实验用传感元件的制作文中也有说明,采用将平行放置的两根同质单模光纤加热拉丝,形成一定锥区结构完成基本制作; 在理论分析和实际测量中我们发现,在相同的锥区包层折射率变化区间内,光纤耦合分光可见度较之分光比信号对锥区包层等效折射率的变化更加敏感,同时它兼顾传统光纤渐逝波传感效果表达的优点,故以此作为输出信号感知待测物理量的微小变化,进一步的提高了该光纤传感器的灵敏度和信噪比。 采用光纤耦合器作为温度传感元件,并在其锥区涂敷折射率温敏材料,当温度发生微小变化时,锥区包层等效折射率发生变化,从而引起渐逝场分布变化导致能量在耦合器两臂中的重新分配,使输出耦合分光比相应发生变化,文中给出了温度区间为20~48℃具体的实验测量结果,温度测量灵敏度小于0.5℃; 采用光纤耦合器传感探头对溶有极少量铬盐及亚硝酸盐的蒸馏水溶液进行检测,液体浓度变化时传感锥区包层等效折射率变化,从而引起输出耦合分光可见度信号的改变,数据结果表明该光纤传感器可以实现饮用水有毒元素ppb数量级浓度探测。两种传感器的测量效果均与理论分析有较好的一致性。 文中最后对本课题的工作做了总结,指出了有待提高和发展的方向,并对耦合式光纤渐逝波传感器的前景作了积极的预测。
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