基于光纤光栅和mz干涉仪的全光纤传感器研究

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1、1006015-0302中图謝TN929n论文编号学科分类号密级A身旁TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGY硕士学位论文DISSERTATION基于光纤光栅和MZ干涉仪的全光纤传感器研究ResearchonAllFiberOpticSensorBasedonFiberGratingandana腸MZinterierInterferometer•im1ft1信息与通信工程信息与通信工程刘慧莹曹晔副教授天津理工大学研究生部月独剎性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文

2、中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得上津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学往办丈作者答名t列聋尤答孝日期：』/5~年_5月巧学位论文版权使用投权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）答孛EJ期：

3、201$年3月?q答孛日期：20$年3月厂EJ分类号：中图分类号TN929.11学科分类号510.5020密级：天津理工大学研究生学位论文基于光纤光栅和MZ干涉仪的全光纤传感器研究（申请硕士学位）学科专业：信息与通信工程研究方向：光纤通信器件与技术作者姓名：刘慧莹指导教师：曹晔副教授2015年3月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchonAllFiberOpticSensorBasedonFiberGratingandMZInterferometerB

4、yLiuHuiyingSupervisorCaoYeMarch2015摘要光纤传感器具有优良的传感特性：体积小、重量轻、成本低、抗电磁干扰等。其中，光纤光栅是应用比较广泛的器件；而光纤干涉传感器也因具有较高灵敏度等优点成为一个研究热点。本论文紧密贴合光纤传感器发展趋势，在对光纤光栅传感器和光纤干涉传感器的研究基础上，以混合级联式光纤传感器为切入点，主要进行如下几个方面的研究：1.基于长周期光纤光栅和偏芯结构的MZ干涉仪的传感原理，设计了一种长周期光纤光栅和偏芯结构级联的传感器，长周期光纤光栅透射峰和MZ干涉谱特征波长对温度和折射率具有不同的灵敏度系数。实验中选

5、取系统透射谱中的两个波谷(Dip1、Dip2)进行测量，得到其对温度的灵敏度分别为0.0607nm/℃、0.0563nm/℃；折射率灵敏度分别为-55.06nm/RIU、-18.025nm/RIU，利用敏感矩阵实现了温度和折射率的同时测量。同时得到温度和折射率测量的分辨率分别为0.32°C和0.05%RIU。2.基于光纤布拉格光栅和MZ干涉仪的传感特性，设计了一种光纤布拉格光栅和花生锥与偏芯结构结合的MZ干涉仪级联的光纤传感器。光纤布拉格光栅透射峰(dip1)与MZ干涉仪的干涉峰(dip2)对温度和折射率具有不同的灵敏度系数，对温度的灵敏度分别为0.01228

6、nm/℃、0.08329nm/℃；dip1对折射率变化不敏感，dip2的折射率灵敏度为-26.965nm/RIU，利用敏感矩阵实现了温度和折射率的同时测量。该级联式传感结构的温度和折射率测量的分辨率分别为0.81°C和0.2%RIU。3.基于MZ干涉仪和光纤布拉格光栅的传感特性，设计了一种花生锥结构的MZ干涉仪和光纤布拉格光栅级联的光纤传感器。MZ干涉仪的干涉峰(dip1)与FBG透射峰(dip)与对温度和微位移的灵敏性均不同，实验测得的温度灵敏度分别为FBG0.0909nm/℃、0.0121nm/℃；微位移灵敏度分别为-0.0233nm/μm、0.0122n

7、m/μm，从而利用敏感矩阵实现了温度和微位移的同时测量。得到所设计结构的温度和微位移测量的分辨率分别为0.26°C和1.52μm。关键词：光纤传感技术光纤光栅传感器Mach-Zehnder干涉仪双参量测量AbstractOpticalfibersensorhasexcellentsensingfeatures:smallvolume,lightweight,lowcostandimmunitytoelectromagneticinterference.Thereinto,fibergratingsarethemostcommon,themostwidelyus

8、eddevicesinthefield