強度調(diào)制型光纖傳感器是光纖傳感器的重要類型,由于結構簡單、解調(diào)容易、可絕對測量、抗干擾和成本低等優(yōu)點,在光纖傳感技術發(fā)展初期即被廣泛研究并最早進入商業(yè)應用。然而,傳統(tǒng)的強度調(diào)制型光纖傳感器在結構設計和信號處理方面投入較少,導致光源輸出功率波動和光路寄生強度調(diào)制嚴重影響了傳感器的測量精度和穩(wěn)定性,因此強度調(diào)制型光纖傳感一直被認為是一種低精度傳感手段,影響了這類型光纖傳感器的應用。本文在分析現(xiàn)有強度調(diào)制型光纖傳感器強度補償技術的基礎上,提出了一種基于脈沖自參考的強度補償技術,從理論上可以完全抑制光源強度波動、光路傳輸損耗變化、耦合器耦合比波動、光電探測器響應度差異等諸多影響因素;本文基于該技術設計了高精度強度調(diào)制型光纖傳感方案并進行了相應實驗研究。通過對所設計的高精度強度調(diào)制型光纖傳感方案在強度補償能力、噪聲和穩(wěn)定性三方面的工作性能進行測試和優(yōu)化,使其初步具備了物理量高精度傳感的能力。在此基礎上,為擴展其應用范圍和驗證其實現(xiàn)高精度傳感的能力,利用優(yōu)化后的系統(tǒng),通過具體傳感單元的設計,分別進行了基于光纖端面菲涅耳反射的折射率傳感、基于低折射率涂覆材料覆蓋的微納光纖探頭的溫度傳感和基于光纖端面... 

【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

基于光纖微彎傳感的心率與呼吸監(jiān)測傳感器[25]

。以光纖Michelson干涉儀型為例，它是一種雙光束干涉儀，光束被耦合器分為兩路光經(jīng)過信號臂和參考臂的各自反射，再經(jīng)過耦合器輸出干涉，其干涉波形取決于兩臂光程差，當信號臂受外界擾動時，光程差發(fā)生變化，從而反映到干涉信號之中實現(xiàn)傳感。該類型的相位調(diào)制型光纖傳感器在諸多物理量探測領域均有應用，如水聲信號[14]、液體流速探測[27]、溫度和折射率探測[28]等。下圖1.2所示為信號端接入高雙折射(highbirefringence,Hi-Bi)光纖的Michelson干涉儀，通過測量干涉消光比的變化，能實現(xiàn)溫度和折射率的同時測量。圖1.2信號端接入Hi-Bi光纖的Michelson干涉儀[28]1.2.2.4偏振調(diào)制型光纖傳感器利用外界信號引起光纖中光波模式的偏振態(tài)變化來探測物理量的光纖傳感器，稱為偏振調(diào)制型光纖傳感器[1]。根據(jù)原理方式不同，又可以將其分為功能型偏振調(diào)制和非功能型偏振調(diào)制。前者是利用光纖自身的磁光效應和彈光效應等物理效應來實現(xiàn)對外界信號的響應，后者主要是利用透明介質(zhì)的磁光效應和旋光特性，即Farady效應和Pockel光電效應。目前能夠直接改變光纖中傳輸光偏振態(tài)的物理量主要是磁場（電場），即利用磁光效應進行調(diào)制，制成磁嘗電

國防科技大學研究生院碩士學位論文第4頁流傳感器[29-31]。下圖1.3所示是一種電流傳感器，它通過將光纖盤繞在導線周圍，利用導線中通過的電流來改變光纖所處磁場環(huán)境，利用磁致旋光效應正比于傳導的電流的特點，通過檢測光纖中傳輸光的偏振態(tài)變化，來獲取電流大小信息。圖1.3盤繞光纖的偏振調(diào)制型光纖電流傳感器[29]1.2.2.5頻率調(diào)制型光纖傳感器利用外界信號對光纖中傳輸?shù)墓獠l率進行調(diào)制以探測物理量的光纖傳感器，稱為頻率調(diào)制型光纖傳感器。目前使用較多的是利用運動物體的反射光或散射光的多普勒（Doppler）頻移效應來檢測物體的運動速度、液體的流量與流速等。Larry.Fabiny等人在1997年提出的光纖速度干涉儀[32]就是其中的一個典型例子：經(jīng)過運動物理反射回耦合器的光在干涉儀上被分為兩路，由于兩臂有光程差的存在，t時刻的反射光經(jīng)過短臂能與t-τ時刻的光進行混頻，這兩束光的多普勒頻移ν(t)和ν(tτ)分別與運動物體速度u(t)和u(tτ)對應，從而實現(xiàn)對于速度的傳感，其原理圖如圖1.4所示。圖1.4頻率調(diào)制型光纖速度干涉儀結構圖[32]1.3強度調(diào)制型光纖傳感概述作為被最早利用的光纖傳感技術，強度調(diào)制型光纖傳感器通過檢測外界物理

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