可識(shí)別方向的全光纖傾斜傳感器研究.pdf

1、可識(shí)別方向的全光纖傾斜傳感器研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：尹風(fēng)陽指導(dǎo)教師：朱濤教授鄧明副教授專業(yè)：光學(xué)工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)光電工程學(xué)院二O一五年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要光纖傳感器具有抗電磁干擾、成本低、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，因此它已經(jīng)被成功應(yīng)用到很多領(lǐng)域，特別是近年來全光纖傾斜傳感器在大型建筑物的健康監(jiān)測、石油鉆井、精密儀器檢測等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。現(xiàn)有的光纖傾斜傳感器主要基于耦合原理，利用光纖光柵

2、共振峰的移動(dòng)或者強(qiáng)度的變化實(shí)現(xiàn)檢測，因此其存在靈敏度普遍不高的不足之處。基于此，本文研制了三種基于干涉原理的高靈敏度全光纖傾斜傳感器，包括基于Michelson干涉的光纖傾斜傳感器，基于拉錐大偏置(Taperoffset)的MZ干涉的光纖傾斜傳感器，基于長周期光纖光柵大偏置（LPFGoffset）的MZ干涉的光纖傾斜傳感器。論文首先根據(jù)干涉原理理論分析了可識(shí)別方向高靈敏度全光纖傾斜傳感器的傳感機(jī)理；其次利用仿真軟件OpticalBPM對

3、設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，以得到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù)；最后根據(jù)優(yōu)化參數(shù)分別制作并實(shí)驗(yàn)研究這三種不同的光纖傾斜傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論的預(yù)期是相符合的。論文的主要內(nèi)容包括：①設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)緊湊、制作簡單的基于Michelson干涉的全光纖傾斜傳感器，利用手動(dòng)熔接的方式對兩段單模光纖錯(cuò)位熔接。在對其理論分析優(yōu)化的同時(shí)，對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的傳感器具備方向識(shí)別能力，并且在3o的測量范圍中具有極高的靈敏度2.346nmo。②設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)緊湊

4、、制作簡單的新型的基于MZ干涉的Taperoffset(拉錐偏置)結(jié)構(gòu)的全光纖傾斜傳感器，利用手動(dòng)熔接機(jī)放電拉錐并在兩段單模光纖之間錯(cuò)位熔接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這種傳感器具備方向識(shí)別能力，在5o的測量范圍內(nèi)，具有較高的靈敏度1.154nmo。③在第二種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種新型的基于LPFGoffset(長周期偏置)結(jié)構(gòu)的MZ干涉型光纖傾斜傳感器。利用CO2激光器在單模光纖上完成光柵的寫入，利用手動(dòng)熔接的方式完成兩段單模光纖的錯(cuò)位。實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)果證明此種結(jié)構(gòu)的傳感器具備方向識(shí)別能力，并且在3o測量范圍內(nèi)具有高的靈敏度0.935nmo。通過對上述三種結(jié)構(gòu)的傾斜傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果均與理論預(yù)期相吻合：具備識(shí)別方向的能力，高靈敏度，并且結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉。這些優(yōu)點(diǎn)使得此類傳感器的研發(fā)在特殊領(lǐng)域有著重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景，例如：石油鉆井行業(yè)等。這三種傳感器盡管有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然有需要繼續(xù)提高的地方：測量范圍。測量范圍能在很大程度上影響著傳感器的應(yīng)用場合，因此下一