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随着信息技术的发展,光纤传感技术作为作用日益显著的高新信息技术,是光纤通信和集成光学技术二者的结晶。其设计灵活、灵敏度高、响应速度快、可适应许多恶劣测量环境等优势,弥补了传统传感器在应用中的诸多限制,极大地推动了传感技术的发展,满足了现代测量技术的需要,因此其被应用于许多领域中。由于光纤传感器在军用和民用市场中重要的应用价值,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视。
本文研究的是基于菲涅尔反射的光纤磁场传感器及双参数测量技术,从理论和实验上研究基于菲涅尔反射的光纤传感系统。在光纤双通道折射率测量系统的基础上,结合磁流体的特性,将光纤折射率传感技术应用到磁场测量上;此外提出了融合Fabry-Perot(F-P)干涉腔及光纤光栅的光纤传感系统,用于测量折射率及温度这两个参数。具体说来,本文的主要工作以及创新点包括:
1、提出一种简单的基于四氧化三铁纳米磁流体和相对菲涅耳反射光强测量法的光纤磁场传感器。该传感系统有两个光纤传感探头,其中的光纤探测端插入磁流体中。通过实验对不同浓度的磁流体在不同磁场中的折射率变化关系进行验证。实验结果表明浓度相对高的磁流体适用于测量较弱的磁场,浓度低的适用于测量较强的磁场。该技术能有效地消除由于光源的抖动和环境因素所引起的误差。该传感器具有在线和远程磁场传感的潜在能力。传感器的测量精度受到磁流体的浓度及温度的影响,磁流体中表面活性剂的性质应该也对传感器的精度有所影响。
2、提出了一种基于融合F-P干涉腔与光纤光栅的折射率及温度双参数测量传感系统,实验结果表明该传感系统能够区分折射率与温度测量。F-P腔干涉谱的条纹对比度用来监测折射率的变化,而光纤光栅的布拉格波长用于监测温度的变化。折射率测量方面,在1.3144到1.3560的范围上,该传感器有很高的折射率分辨率为8.1×10-6;温度测量灵敏度达到0.01006nm/℃。