基于特种光学反射隔膜的光纤f-p传感器的研究

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1、硕士学位论文基于特种光学反射隔膜的光纤F-P传感器的研究STUDYONTHEF-PINTERFEROMETRICFIBERSENSORBASEDONSPECIALOPTICALREFLECTIVEDIAPHRAGM卢泽锦哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TN247学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工程硕士学位论文基于特种光学反射隔膜的光纤F-P传感器的研究硕士研究生：卢泽锦导师：田佳峻副教授申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据Clas

2、sifiedIndex:TN247U.D.C:535DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringSTUDYONTHEF-PINTERFEROMETRICFIBERSENSORBASEDONSPECIALOPTICALREFLECTIVEDIAPHRAGMCandidate：LuZejinSupervisor：AssociateProf.TianJiajunAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：OpticalEngine

3、eringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要光纤法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）干涉型传感器对压力、温度、湿度、超声波、电磁场等物理参量的测量有良好的性能，在医学检测、海底对潜探测、结构健康监测等工业和军事领域有重要的意义。其中光学反射隔膜结构是影响传感器灵敏度的主要因素，且闭腔式传感器存在线性工

4、作点漂移和承压有限等问题。因此，本文提出了三种不同结构反射隔膜的光纤F-P传感器并展开对压力和超声波探测的研究。由于反射隔膜的制备工艺问题，一些材质的反射隔膜过厚，导致传感器灵敏度降低，无法探测到高动态的超声波信号。为了提高传感器对超声波的灵敏度，本文提出了一种闭腔式光纤F-P传感器，其中，反射隔膜是厚度为200nm的银膜，传感器的直径为125µm。传感器的反射隔膜很薄，实验证明传感器对超声波信号有很高的灵敏度和很大的响应带宽，同时对静压力的灵敏度可以达到4.944nm/kPa。本传感器可以用作光纤麦克风、超声波探测器或是压力测量仪。针对闭腔式光纤F

5、-P传感器工作点漂移和承压有限的问题，本文提出了开腔式光纤F-P传感器。传感器的反射隔膜为扇叶结构的银膜，银膜上有三个微孔，调节腔内外压力平衡，保证传感器可以在高压下正常工作。实验证明传感器对气压的灵敏度为0.00411nm/kPa，在水下探测超声波时，工作点保持稳定，且对超声波有很高灵敏度，成功解决了闭腔式传感器存在的缺陷。本传感器可以在高压环境下进行气压、气体浓度的测量或在军事上也有重要应用如潜艇在深海进行超声波探测。针对传感器灵敏度受到反射隔膜制约的问题，本文提出了一种气液交界膜的光纤F-P传感器。本传感器结构简单，由单模光纤和一段光纤毛细管组

6、成，当传感器浸入液体中时，光纤毛细管端面形成气液交界面，该交界面对压力有极高的灵敏度，为了增加传感器稳定性，对光纤毛细管内壁进行了疏水疏油处理。经实验证明传感器对静压力灵敏度为29.98nm/kPa，且对超声波信号也有良好的响应。本传感器可以作为高精度的气压或液位传感器，同时传感器是全光纤结构可以在强电磁干扰的环境下进行超声波探测如嵌入到油浸变压箱里在线检测变压箱的工作状态。本研究工作为光纤F-P传感器的发展提供了重要的思路，对光纤传感技术在超声探测和压力测量领域的应用有着重要的指导意义。关键字：法布里-珀罗干涉仪；超声波；静压力；光纤传感器-I-万

7、方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractFiber-opticFabry-Perotinterferometric(F-P)sensorhasgoodperformanceinthemeasurementofphysicalparameterssuchaspressure,temperature,humidity,ultrasonic,electromagneticfieldandsoon.Significantly,F-Psensoriswidelyusedinmedicaldetection,submarinedetection,st

8、ructuralhealthmonitoringandotherindustrialandmilitaryf