检索结果-南通市图书馆

作者：何小燕厦门大学

学位级别：硕士

随着对光纤光栅特性及优点的不断深入研究,光纤光栅不断被应用于光纤传感和光纤通信领域,成功吸引了国内外学者的眼球。光纤光栅传感器采用波长编码,抗电磁干扰,可复用性强,且体积小,重量轻,适用于各种应用场合。本文的主要工作是基于... 详细信息

随着对光纤光栅特性及优点的不断深入研究,光纤光栅不断被应用于光纤传感和光纤通信领域,成功吸引了国内外学者的眼球。光纤光栅传感器采用波长编码,抗电磁干扰,可复用性强,且体积小,重量轻,适用于各种应用场合。本文的主要工作是基于多芯光纤旁轴芯子光栅的弯曲敏感特性,设计七芯光纤光栅位移传感器、七芯光纤光栅静力水准仪、以及双芯光纤光栅加速度传感器。本文首先对双芯光纤和七芯光纤的模场特性及双折射效应进行仿真分析,接着对多芯光纤光栅的弯曲敏感特性进行理论分析。由于多芯光纤的旁轴芯子不在中性轴上,故弯曲会改变旁轴芯子光栅的中心波长。实验中所使用的双芯光纤光栅对弯曲曲率的灵敏度为3.37x10-3/cm-1,七芯光纤光栅对弯曲曲率的灵敏度为2.705x10-3/cm-1。利用七芯光纤旁轴芯子光栅的弯曲敏感特性制作‘Ω’形位移传感器,实验获得系统的线性灵敏度为0.395nm/mm。利用‘Ω’形线位移传感器原理设计静力水准仪,实验得到旁轴芯子光栅的中心波长漂移量与水位变化量之间的关系为1.8017nm/mm,可测量水位精度为1μm,比现在市场上静力水准仪的精度0.01mmm提高1个量级。基于双芯光纤光栅弯曲特性,设计了一种新型的光纤光栅加速度传感器,并分别从理论和实验上对其进行分析和测量。理论分析得到基于双芯光纤光栅的加速度传感器的灵敏度为0.2995nm/g,谐振频率为10.2Hz。实验数据表明传感器的测量灵敏度为0.314nm/g,谐振频率为9.7Hz,故此传感器可用来测量幅值小频率低的加速度信号。此外,还利用微悬臂梁理论分析了末端空载的双芯光纤光栅加速度传感器,理论分析求得谐振频率为157.31Hz,而实验测得的谐振频率为164Hz,两者大致相等,与于端黏贴重物的传感器相比,谐振频率得到了提高。

关键词：七芯光纤光栅双芯光纤光栅水准仪加速度

新型D型少模光纤Bragg光栅的特性及其在折射率测量中的应用

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新型D型少模光纤Bragg光栅的特性及其在折射率测量中的应用

作者：李杰厦门大学

学位级别：硕士

本文在简要介绍了光纤光栅的特点、传感机理和传输特性等一些基本工作原理的基础上,综述了现有的基于长周期光纤光栅折射率传感的研究现状,并针对长周期光纤光栅传感测量中出现的一些问题提出了我们自己的利用少模光纤Bragg光栅高阶模... 详细信息

本文在简要介绍了光纤光栅的特点、传感机理和传输特性等一些基本工作原理的基础上,综述了现有的基于长周期光纤光栅折射率传感的研究现状,并针对长周期光纤光栅传感测量中出现的一些问题提出了我们自己的利用少模光纤Bragg光栅高阶模的折射率测量方案。长周期光纤光栅传感测量时交叉敏感现象比较严重,且传输谱不稳定,测量精度不高;圆型Bragg光纤光栅对外界折射率的敏感度较低,若腐蚀得很细则机械强度又会变得很低,而我们提出的D型少模光纤Bragg光栅的折射率测量方案,利用D型光纤结构的特殊性,可以在保证一定机械强度的情况下将其深度腐蚀以提高对外界折射率的灵敏度。本文通过大量的模拟计算和实验操作对方案的可行性进行验证,对实际应用时可能出现的问题提出了解决方案。数值计算部分包括:(1)模拟出D型少模光纤Bragg光栅各传输模式的耦合系数及其随入射波长的变化关系。(2)模拟出圆型光栅、D型光栅和深度腐蚀后的D型光栅Bragg波长随包层厚度以及外界折射率的变化关系,并做了对比分析。 (3)模拟出深度腐蚀后的D型光栅的波导双折射随各参数的变化关系以及D型光纤和圆型光纤的连接损耗问题。实验中我们用扫描电境(SEM)观测出不同腐蚀时间下D型光纤和圆型光纤的截面厚度,得出光纤在20%浓度HF酸下的腐蚀速度;分别测量了圆型和D型少模光纤Bragg光栅中心波长随外界折射率、温度的变化;分析了应变和温度在溶液折射率测量中对Bragg波长的影响,并提出了补偿方案。模拟计算和实验取得了较为一致的结果。

关键词： D型光纤少模光纤光栅折射率测量

膜片式EFPI光纤声波传感器及传感系统的研究

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膜片式EFPI光纤声波传感器及传感系统的研究

作者：赖博文厦门大学

学位级别：硕士

光纤声波传感器相比传统的电式声波传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、低传输损耗、重量轻等优势,具有广泛的应用前景。基于膜片式的非本征法布里·珀罗干涉型光纤声波传感器,是目前声波传感器研究领域中灵敏度最高一种[1],在其材料选择... 详细信息

光纤声波传感器相比传统的电式声波传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、低传输损耗、重量轻等优势,具有广泛的应用前景。基于膜片式的非本征法布里·珀罗干涉型光纤声波传感器,是目前声波传感器研究领域中灵敏度最高一种[1],在其材料选择、结构设计、信号处理和实际应用上是当前各科研机构的研究热点。本文对这种类型的传感器进行了较为深入的研究,主要工作体现在以下几个方面:一、针对干涉型传感器工作点漂移导致信号衰落的问题,研究了用于信号补偿的双波长正交解调法,将解调方式分类为小信号和大信号两种情况,并分析讨论了这两种情况的适用的膜片振动幅度范围。对于两路信号非完全正交的情况,改进了解调算法,分析并讨论了实际应用中由于信号噪声的存在,相位差偏离完全正交情况下多少范围解调效果好坏的问题。得出结论是在相位差偏离正交情况±20°以内时解调后的信号基本不会发生变化,而超过±60°以后解调算法基本失效。二、采用声敏感聚合物薄膜设计并制作了 EFPI声波传感器,基于双波长解调方案搭建了声波传感系统,测试了传感器的特性并验证了解调理论的可行性。并用传感器对铝板中的超声波进行非接触式检测,实验证明该传感器的检测效果要高于贴附与铝板上的FBG型声波传感器。这种检测方式具有较大的应用前景。三、设计了一种光路结构,该结构基于双波长正交解调法作扩展,用来构造准分布式声波传感系统。该系统能够既实现了准分布式测量,又保持输出信号的稳定。搭建实验系统验证了这种光路的可行性。

关键词：光纤EFPI声波传感器双波长正交解调法准分布式传感系统

采用新型光纤器件与光路方案的光纤电压传感器研究

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采用新型光纤器件与光路方案的光纤电压传感器研究

作者：徐俊娇厦门大学

学位级别：硕士

光学电压互感器（OVT）是一种新型的电力互感器,它克服了传统电压互感器（VT）的许多缺点,在未来的电力系统中有着广阔的应用前景,光学电压互感器经过几十年的发展,已经形成了一套相关的理论,但是依然存在有待发展和完善的问题,木文的... 详细信息

光学电压互感器（OVT）是一种新型的电力互感器,它克服了传统电压互感器（VT）的许多缺点,在未来的电力系统中有着广阔的应用前景,光学电压互感器经过几十年的发展,已经形成了一套相关的理论,但是依然存在有待发展和完善的问题,木文的主要研究对象为光学电压互感器的核心部分即传感头,以后均称为光学电压传感器（OVS）。本文首先介绍了偏振光在晶体与双折射光纤中传输的基本理论,并在这个基础上分析了两种不同结构的光学电压传感器:一种是创新的运用高双折射光子晶体光纤制作的四分之一波片的透射式光学电压传感器,另一种是不采用四分之一波片的新型反射式横向调制电压传感器。本文分别分析了这两种不同结构的光学电压传感器的工作原理和与同类电压传感器相比所具有的特点,以及晶体自身双折射对光学电压传感器特性的影响,最后总结了两种不同结构的光学电压传感器的优点。理论分析表明,采用新型光纤四分之一波片的光学电压传感器可以克服传统四分之一波片体积大、与光纤衔接不便及存在端面反射、相移量与入射光方向有关等缺点,且不存在应力型高双折射保偏光纤对温度敏感问题,具有明显的优势和特点。而新型不采用四分之一波片的反射式光学电压传感器针对在高压电力系统应用时,实际被测电压是在特定高电压值（如110KV或更高电压等级）附近波动的特点,提出和设计的新型光路可以提高传感器的可靠性和稳定性,增强传感器抗环境因素干扰的能力,并且具有光路结构简单、成本低等优点。本文还分析了光纤四分之一波片非理想时输出光偏离圆偏振光对光学电压传感器的影响,并在此基础上提出了一种新的信号处理方法来补偿这一因素对传感器输出信号的影响。这一方法对常见的交变电压检测是有效的。本文最后在实验上测量了光纤四分之一波片的温度和偏振特性,以及传感材料BGO晶体的偏振特性,证明光纤四分之一波片在1550nm波段可以产生很好的圆偏振光,且具有很好的温度特性,而实验上采用的BGO晶体消光比很大,基本可以看作无内在双折射的材料。实验还对对新型不采用四分之一波片的反射式光学电压传感器进行实验测量,结果表明采用这种新结构的电压传感器可以测量交流电压幅度的变化,且在500～1500V电压范围线性度较好。

关键词：光学电压传感器光纤四分之一波片晶体内在双折射

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基于光纤光栅啁啾效应的压力与温度传感研究

基于光纤光栅啁啾效应的压力与温度传感研究

作者：俞旭东厦门大学

学位级别：硕士

随着全球对能源需求的日益膨胀以及陆上能源的日益枯竭,发展海洋能源已成为必然趋势。在海洋能源发展中,压力是管道输送油气和深海勘探资源时保证其生产系统安全运行的重要指标,因此压力传感和测量在涉及管道运输和水下勘探方面具有关... 详细信息

随着全球对能源需求的日益膨胀以及陆上能源的日益枯竭,发展海洋能源已成为必然趋势。在海洋能源发展中,压力是管道输送油气和深海勘探资源时保证其生产系统安全运行的重要指标,因此压力传感和测量在涉及管道运输和水下勘探方面具有关键和重要的作用。传统电学类压力传感技术由于受限于技术本身和信号传输在具体应用场景下存在的问题,难以满足海洋能源开发的未来发展需求。而光纤传感技术凭借其结构紧凑,抗电磁干扰,耐腐蚀,响应快,能够远距离工作以及分布式阵列组网等优良性能已逐渐发展成一种有效可靠的传感解决方案。本论文围绕基于光纤Bragg光栅(以下简称光纤光栅)的压力传感技术及特性进行研究,以管道压力和水下压力的传感和测量为应用对象,针对实际应用时环境温度对压力测量有较大影响且需要对压力和温度同时测量这一问题,基于光纤光栅在压力传递元件-弹簧管上不同的安装方式,提出两种可同时测量管道或水下压力和温度的新型光纤压力与温度双参数传感测量方案,设计制作了相应的传感器,并在实验上做了验证。论文的主要研究内容有:1、为了实现压力与温度的同时测量,根据光纤光栅在非均匀应变作用下会产生啁啾光谱且光谱中不同反射峰波长与被测压力和温度具有不同响应系数的特性,提出一种基于光纤光栅啁啾光谱响应的压力-温度双参数同时测量方法,并借助仿真软件验证了该测量方法的可行性。2、通过理论仿真获得压力变化时C型弹簧管表面不同区域应变分布的情况和特点,提出一种基于双光纤光栅的C型弹簧管的压力与温度同时传感的纵向粘接方案。即将两个光纤光栅分别粘接在弹簧管表面具有相反应变作用的区域,通过分别测量其中心波长的变化并进行相关计算,就可获得压力和温度信息,解决压力与温度交叉敏感问题。3、为了进一步简化传感测量方案,提出一种基于单光纤光栅横向粘接C型弹簧管的压力传感器,通过分析可知这种横向粘接方式能使光纤光栅在压力传感测量中受到非均匀应变作用,因而反射光谱中会出现两个易于识别且对压力和温度具有不同响应的特征峰,从而通过跟踪特征峰波长漂移量即可解调出压力和温度的变化,实现压力和温度的同时精确测量。经过理论研究和实验证明,以上提出的两种新型光纤光栅压力传感器在管道压力和水下压力的应用中切实可行,且还有结构稳定、灵敏度高、成本低等优点,所以在实际中具备广阔的应用前景。

关键词：光纤光栅压力传感啁啾效应 C型弹簧管双参数测量

光纤布拉格光栅法布里—珀罗滤波器及其在可调谐窄线宽光纤激光器中应用的研究

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光纤布拉格光栅法布里—珀罗滤波器及其在可调谐窄线宽光纤激光器...

作者：陈敏秀厦门大学

学位级别：硕士

可调谐单纵模光纤激光器以其在光纤通信和传感领域的重要应用,成为光纤激光器的重要发展方向之一,也是研究的热点。为实现全光纤激光器,光纤布拉格光栅（FBG）的中心波长具有可以受温度和应力等因素调谐而且易于实现光纤激光器的全光纤... 详细信息

可调谐单纵模光纤激光器以其在光纤通信和传感领域的重要应用,成为光纤激光器的重要发展方向之一,也是研究的热点。为实现全光纤激光器,光纤布拉格光栅（FBG）的中心波长具有可以受温度和应力等因素调谐而且易于实现光纤激光器的全光纤化的优点,近年来被广泛应用于光纤激光器中作为波长选择和调谐元件。因基于光纤布拉格光栅的法布里-珀罗滤波器（FBG-FP）的谐振峰具有非常窄的滤波特性,同时又具有FBG易于与光纤耦合的特点,近年来,有不少将FBG-FP用于光纤激光器中作为选模元件实现单纵模窄线宽激光的研究报道。本文提出了将两个不同自由频谱宽度（FSR）的光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器（FBG-FP）级联,并对其中一个FBG-FP施加应力,使其透射谱发生整体搬移。基于游标原理,实现两个FBG-FP滤波器透射峰的对准和窄线宽的滤波输出。本文从理论和实验两方面研究分析了基于光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔游标效应的滤波器工作原理和选模特性。本文首先简述了光纤激光器的原理、应用及其发展现状,并对光纤布拉格光栅的工作原理、刻写方法和基本特性等作了详细的介绍。FOGS-BG仿真软件是基于光纤光栅理论分析方法—耦合波理论与传输矩阵法来分析基于FBG的元件特性的工具。本文接着分析了FOGS-BG所需设置的模式参数,并采用FOGS-BG分析了FBG-FP的透射谱特性及其应力调谐特性;在此基础上,给出了基于两个FBG-FP的游标原理的仿真结果。本文在FBG-FP游标原理的理论分析的指导下,实验中选择了平均自由谱宽（FSR）分别为97.1pm和76.8pm的两个FBG-FP接入环形腔掺铒光纤激光器中,对其中一个FBG-FP通过平移台移动实现应力调谐,级联后组合滤波器在腔中作为精细选模元件,抑制纵模数,与单个FBG-FP相比,不仅具有更好的选模特性,更容易实现单纵模运转;而且调谐激光所需的应力更小,调谐的灵敏度提高。本文采用了两种方案实现可调谐的掺铒光纤激光器,并对两种方案作了对比。

关键词：光纤激光器光纤光栅法珀滤波器游标原理窄线宽

基于光纤Bragg光栅及模式干涉的倾斜传感器的研究

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基于光纤Bragg光栅及模式干涉的倾斜传感器的研究

作者：许海洋厦门大学

学位级别：硕士

相比传统的电子式倾斜传感器,光纤倾斜传感器具有可复用、质量轻、灵敏度高、成本低等诸多优点。近年来,随着运动馆、游泳馆、商业高楼等大型建筑的兴建,地基健康的监测己逐渐成为国内外研究的热点,特别是光纤倾斜传感器受到了广泛的关... 详细信息

相比传统的电子式倾斜传感器,光纤倾斜传感器具有可复用、质量轻、灵敏度高、成本低等诸多优点。近年来,随着运动馆、游泳馆、商业高楼等大型建筑的兴建,地基健康的监测己逐渐成为国内外研究的热点,特别是光纤倾斜传感器受到了广泛的关注。然而目前的光纤倾斜传感器普遍都存在测量范围小、灵敏度低的缺点。本论文主要围绕光纤倾斜传感系统展开,重点研究了基于光纤Bragg光栅及模式干涉的倾斜传感器。主要工作体现在以下三个方面:(1)在光纤传感技术原理的基础上,设计了一种新型的拉伸式光纤倾斜传感器结构。该传感器结构简单,检测性能稳定,具有良好的机械性能,抗干扰能力强,适用于各种复杂环境。本文重点分析了该倾斜传感器结构设计的理论依据和测量原理。基于该新型的拉伸式结构,设计了光纤Bragg光栅倾斜传感器,并进行理论分析和实验研究。实验结果表明:在测量范围±8°内,基于光纤Bragg光栅的光纤倾斜传感器灵敏度能达到0.6109nm/deg,并具有良好的线性度。己查阅到的拉伸式光纤Bragg光栅倾斜传感器灵敏度为0.032nm/deg,与之相比灵敏度提升了近20倍。(2)对基于模式干涉的倾斜传感器,包括少模光纤的概念,基于少模光纤的M-Z干涉传感器做了比较系统的分析。文中重点分析了少模光纤的应变特性。基于新型的拉伸式结构及少模光纤,设计了模式干涉倾斜传感器,进行了理论分析和实验研究。实验结果表明:在测量范围±8°内,基于模式干涉的倾斜传感器具有极高的检测灵敏度2.5702nm/deg,及良好的线性度。已查阅的干涉型倾斜传感器灵敏度最高能达到2.346nm/deg,与之相比较灵敏度更高,并且本文基于芯子模式干涉的倾斜传感器更稳定,制作更加简单。(3)对光纤Bragg光栅及少模光纤进行包层减小的应变灵敏度实验,实验结果表明:直径腐蚀至95μm的光纤Bragg光栅应变灵敏度为腐蚀前的1.71倍,与其直径的平方基本成反比,直径腐蚀至95μm的少模光纤应变灵敏度为腐蚀前的1.37倍,均能够有效提高其应变灵敏度。

关键词：光纤倾斜传感高灵敏度模式干涉光纤Bragg光栅

光纤侧面抛磨与涂覆装置及相关器件的研制与测试

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光纤侧面抛磨与涂覆装置及相关器件的研制与测试

作者：郑敏娟厦门大学

学位级别：硕士

物联网的蓬勃发展,扩大了应用终端感测器件的市场需求,推动了光纤传感器的迅速发展,促进了光纤传感器的制备及光纤微加工技术的不断发展与成熟。光纤侧面抛磨与涂覆装置,及光纤传感器件的研制已然成了热点。本文主要针对光纤侧面加工及... 详细信息

物联网的蓬勃发展,扩大了应用终端感测器件的市场需求,推动了光纤传感器的迅速发展,促进了光纤传感器的制备及光纤微加工技术的不断发展与成熟。光纤侧面抛磨与涂覆装置,及光纤传感器件的研制已然成了热点。本文主要针对光纤侧面加工及制备光纤湿度传感器的提拉涂覆工艺,研制了一套新型的光纤侧面抛磨和光纤涂覆装置,实现了光纤侧面抛磨及光纤提拉主控电路的设计制作;同时使用本设计的光纤涂覆装置,提拉涂覆聚乙烯醇(PVA)薄膜,成功制备了基于光纤布拉格光栅(FBG)的相对湿度传感器;最后通过该传感器传感特性测试实验,验证了基于FBG的PVA薄膜湿度传感器具有良好的测量效果。本文内容包含以下几个方面:一、设计和实现了一种改进型的光纤侧面抛磨机方案根据光纤侧面抛磨机结构特点及光纤加工工艺要求,设计了一套改进型的光纤抛磨机方案。该方案以一个光学平台作为整机支撑,二维步进电机电动平移台做为抛磨轮水平来回、竖直升降两方向运动的控制与驱动。该方案可以通过弹力机械结构和安装在支架上的光纤距离传感器实现光纤抛磨深度在线监测,改进了现有抛磨系统需要将光纤取出测量的繁琐和不便,大大提高了工作效率。完成以STC15W1K16S单片机为控制核心的控制电路的设计与制作,实现了光纤侧面抛磨机抛磨运动的准确可靠控制与运行。二、完成了光纤涂覆装置的设计与制作以STC12C5A60S单片机做核心控制,使系统运行速度更加平稳准确,速度可调范围大,满足不同光纤涂覆提拉速度的工艺要求。三、采用提拉涂覆工艺成功制备了基于FBG的PVA薄膜的湿度传感器通过理论分析、软件仿真和实验测试表明,本实验制备的基于FBG的湿度传感器检测效果良好。基于FBG的湿度传感器可以克服传统电子式湿度传感器对低湿环境要求,便于多个传感器串接组成分布式的湿度监测网络。根据仿真计算可知,优化设计的基于FBG的PVA薄膜的湿度传感器灵敏度远高于采用聚酰亚胺(PI)材料制作的光纤湿度传感器,在实际中有更好的应用前景。

关键词：光纤侧面抛磨机光纤涂覆装置光纤湿度传感器步进电机控制

可调谐双芯光纤及其在光纤光栅传感与滤波器中应用的研究

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可调谐双芯光纤及其在光纤光栅传感与滤波器中应用的研究

作者：邹毅厦门大学

学位级别：硕士

双芯光纤是包含一对平行芯子的特殊光纤,由于两个芯子距离很近,当光波在其中传输的时候,会同耦合器一样不断发生功率交换。从这一点来说双芯光纤具有耦合器的基本特性,它可以实现耦合器大多数功能。但是比起耦合器,双芯光纤最大的优势... 详细信息

双芯光纤是包含一对平行芯子的特殊光纤,由于两个芯子距离很近,当光波在其中传输的时候,会同耦合器一样不断发生功率交换。从这一点来说双芯光纤具有耦合器的基本特性,它可以实现耦合器大多数功能。但是比起耦合器,双芯光纤最大的优势在于它的灵活性:它的光谱特性可以通过改变长度、拉伸、扭转等手段来调谐,这些都使得双芯光纤能够根据具体应用的不同来做出改变,设计出不同需求的光纤器件运用于光通信和光纤传感领域。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是当前光纤传感领域的热点,以其波长编码,结构灵巧轻便,容易复用,制作方便等特点得到了广泛的应用。如果能将双芯光纤的特点与FBG相结合,设计出新型的传感器应用于工程领域将会是一件有着重要的理论和实际意义的事情。本文在综述了双芯光纤和FBG的发展和当前应用状况之后,对两者的工作原理进行了详细的叙述。作为本文研究的重点,我们详细分析了双芯光纤的特性,系统地对光纤长度、拉伸、扭转、弯曲、温度变化对出射光谱的影响展开了研究,在理论上得出了它们之间的关系,并在实验中加以验证。接着,我们首次将设计的可调双芯光纤作为边缘滤波器应用于FBG温度传感器的波长解调,实现了对双芯光纤应用领域的扩充。在材料结构裂缝位移传感器设计中,我们提出使用弹簧和FBG共同构造传感头,同时采用双芯光纤进行解调的方案,并在实验中取得了良好的结果。这种设计目前在10mm的量程内可以有0.05mm的分辨率,并且通过改变弹簧参数和设计结构可以达到更好的测量水平。最后,我们使用双芯光纤和WDM耦合器设计增益平坦滤波器,不同长度双芯光纤组合设计通带阻带可选择的带通滤波器,得到了较好的实验数据,平坦化后的出射光谱在30nm的带宽内值只有±0.5dB的起伏。这是对双芯光纤性能的又一次扩展,相信随着研究的深入,双芯光纤的特性还能被继续开发利用,促进光纤通信和光纤传感领域的发展。

关键词：双芯光纤光纤Bragg光栅温度传感器位移传感器增益平坦滤波器带通滤波器

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基于光热效应的光纤甲烷气体传感研究

基于光热效应的光纤甲烷气体传感研究

作者：陆豆厦门大学

学位级别：硕士

随着现代工业的发展,有毒、有害气体已成为人们生活和生产中需要重视的危险来源。以易燃、易爆的甲烷气体为例,由于它是重要的工业气体原料和日常生活中普遍使用的燃气,因此对其进行有效实时的浓度检测具有十分重要的意义。与传统电学... 详细信息

随着现代工业的发展,有毒、有害气体已成为人们生活和生产中需要重视的危险来源。以易燃、易爆的甲烷气体为例,由于它是重要的工业气体原料和日常生活中普遍使用的燃气,因此对其进行有效实时的浓度检测具有十分重要的意义。与传统电学类气体传感器相比,光纤气体传感器有着本质安全、检测灵敏度高、抗环境干扰能力强等优点,因此一直以来都受到国外内研究学者的关注和重视。作为典型的光纤气体传感器,吸收光谱型光纤气体传感器的依据是气体在近红外波段的选择吸收效应,可分为直接吸收效应(光强衰减)和间接吸收效应(光热或光声效应)。本文便是根据气体的光热效应产生的相位变化检测气体的浓度,并首次提出采用直线型Sagnac干涉结构作为气体传感系统的检测结构。本论文的主要工作分为以下几个方面:一、从微观角度分析气体分子的运动形式及其吸收光谱理论,描绘气体分子的典型吸收线从而为本实验选择适合检测的甲烷气体吸收峰,并重点阐述了气体分子的光热效应及其导致的相位调制的原理,推导出探测光的相位变化与气体浓度之间的关系式,为基于光热相位调制的气体传感系统提供了理论依据。二、分析对比了 Michelson干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪和Febry-Perot干涉仪的优缺点,选择一种直线型Sagnac干涉结构作为气体传感系统的光路结构,分析该结构用于相位检测的原理,并推导出系统的输出公式,同时详细介绍了系统的各个器件,并手动搭建实验系统。三、以甲烷为目标气体,首先进行单点检测实验的分析,得到了系统输出与DFB激光器调制信号、气体浓度的关系,取得了良好的测量结果,在一定的条件下得到频域和时域信号叠加平均后对应的系统噪声等效浓度分别为0.13%和0.5%,证明了频域叠加平均方法可以有效提高微弱信号检测能力,并阐述了一种分布式检测系统的方案和原理,在此基础上进行了两点检测系统的可行性验证。

关键词：光纤气体传感光热相位调制直线型Sagnac干涉结构