随着社会的不断发展和科学技术的进步,传感器技术在各行各业发挥着越来越重要的作用。传统的电传感器目前已经发展的非常成熟,且已得到广泛应用。但传统的电传感器在实际应用中存在很多弊端,例如无法在一些导电、腐蚀、易燃易爆等危险的环境中测量。光纤传感器是利用光纤作为敏感元件的传感器。由于灵敏度高,抗电磁干扰、结构简单、制作方便等优点,光纤传感器受到了学者的广泛研究。其中,多芯光纤是一种新型特种光纤,利用多芯光纤制作的传感器不仅制作工艺简单而且能满足高灵敏度要求。本论文基于七芯光纤设计和制作了几种新型的马赫曾德尔型光纤传感器结构,并通过实验探究了传感器的温度、应变和折射率传感特性,本文的主要内容如下:1.首先论述了基于多芯光纤的传感器的研究背景与意义,介绍了多芯光纤、光纤光栅和马赫曾德尔型光纤传感器的研究现状。理论分析了光纤中的模式干涉理论,并详细阐述了温度、应变和折射率传感机理。并介绍了几种典型的干涉型传感器及其原理。2.设计并制作了一种凸锥结构型马赫-曾德尔传感器。该传感器将一段30mm的弱耦合型七芯光纤熔接在输入单模光纤和输出单模光纤之间,通过改变熔接机的熔接参数在七芯光纤两端熔接点处形成两个凸锥结构分别作为光分束器和耦合器。实验结果表明该传感器1548nm和1567nm处温度灵敏度分别为60.59pm/?C和100.46pm/?C。应变灵敏度为0pm/με。该传感器制作简单、成本低廉,有良好的应用前景。3.提出并制作了一种氢氧火焰熔融拉锥型光纤传感器。通过氢氧火焰熔融拉锥技术将七芯光纤拉锥,七芯光纤锥形部分腰区直径由原来包层的150μm减小为46.99μm。经过锥化加工后,七芯光纤的纤芯之间的距离减小,纤芯间的串扰增加,纤芯中传输的模式间耦合效率增强。该传感器对折射率和温度有良好的线性响应。温度特性测试实验结果显示1539nm和1597nm波长附近的谐振峰波长对温度的灵敏度分别为69.09pm/?C和77.49pm/?C,线性度分别为99.64%和99.82%。折射率响应特性实验结果显示在1557nm、1571nm和1593nm处波谷的折射率灵敏度分别为271.99pm/RIU、260.56pm/RIU和236.31pm/RIU,线性度分别为99.64%、99.51%和99.56%。4.实现了一种基于七芯光纤的温度和应变双参量测量传感器。该传感器将马赫-曾德尔干涉仪与光纤光栅级联,马赫-曾德尔干涉仪是在输入和输出单模光纤之间熔接一段七芯光纤构成的,通过调整熔接机放电参数在七芯光纤两端形成两个凸锥结构。中心波长为1547.98nm的光纤光栅被级联在一个光纤凸锥的末端。实验结果表明,基于七芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪只对温度敏感,温度响应灵敏度为93.11pm/℃;而光纤光栅对温度和应变都敏感,温度和应变响应灵敏度分别为11.46pm/℃和0.627pm/μ?。利用双波长矩阵法可实现温度和应变的同时测量。当光谱分析仪的分辨率为0.02nm,传感器对应的温度分辨率和应变分辨率分别为0.21℃和27.95μ?。为验证系数矩阵的可行性,同时改变温度和应变并追踪波长的漂移量。利用矩阵公式计算出温度和应变变化分别为9.22℃和1029.54με。而温度和应变的实际变化量为9℃和1000με。该矩阵的误差为2.4%～3.0%。5.提出了一种无芯 七芯 无芯型马赫-曾德尔干涉仪级联光纤光栅型传感器,该传感器解决了温度和应变交叉敏感问题。将一段长为55mm的七芯光纤两端的熔接3mm的无芯光纤,无芯光纤分别作为光束的分束器和耦合器。传感器中MZI的温度灵敏度和应变灵敏度分别为74.1pm/℃和0pm/με。FBG的温度灵敏度和应变灵敏度分别为9.83pm/℃和0.625pm/με。该传感器实现了温度和应变双参量同时测量。