基于白光干涉测量技术的光纤传感器研究

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1、基于白光干涉测量技术的光纤传感器研究王振兴2016年1月中图分类号：TP212UDC分类号：535.4基于白光干涉测量技术的光纤传感器研究作者姓名王振兴学院名称光电学院指导教师江毅教授答辩委员会主席申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月TheResearchofOpticFiberSensorBasedontheFiberOpticalWhite-LightInterferometryCandidateName:ZhenxingWangSchoolorDepartment:School

2、ofOptic-ElectronicFacultyMentor:Prof.YiJiangChair,ThesisCommittee：DegreeApplied:MasterofEnginerringMajor：OpticFiberSensorDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发

3、表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要现代传感器测量技术在精度，可靠性，动态范围以及应用环境等方面不断提升，这也使得成熟可靠的测量技术变得越来越迫切。光纤传感器具有准确度高、灵敏度高、耐高温、耐高压等特点，在复合材料、大型建筑结构（如桥梁等）、宇航飞行器、飞机等的结构健康监测领域有广泛应用。采用相位调制型光纤传感技术，对光纤传感器在制作技术、成本、实用化等方面的应用研究

4、提供参考。文章阐述了相位调制型光纤传感器的基本原理，Fabry-Perot(F-P)干涉仪和Michelson干涉仪的基本原理，分别介绍了光纤F-P传感器和光纤Michelson传感器的典型结构，为光纤EFPI折射率测量仪和光纤Michelson测量仪的制作研究奠定了基础，最后介绍了干涉仪测量系统采用的基于傅里叶变换的白光干涉测量原理。本文基于白光干涉测量技术设计了全光纤EFPI折射率测量仪，对光纤F-P腔的制作工艺进行大量研究和深入实验，制作了腔长为7mm的光纤EFPI传感器，实现了对透光材料的折射率测量，设备具有尺寸小、测量精度高

5、、操作简易、便于携带等优点。结果表明，测量值与文献中给出的参考值偏差很小，误差保持在1%左右。本文基于白光干涉测量技术设计了光纤Michelson干涉仪的应变传感装置，该系统为光纤干涉型，干涉仪两臂长度差随着弹性敏感元件的形变量而变化，通过干涉仪两臂光纤的伸缩达到相位调制的目的，根据白光干涉测量技术把相位变化检测出来。对Michelson干涉仪的实验研究中通过改变施加在弹性敏感元件上的砝码大小改变Michelson干涉仪的臂长差，得到了应变与光程差的对应关系，理论与实验有较好的吻合。关键词：光纤传感技术，白光干涉测量技术，Fabry-

6、Perot干涉仪，Michelson干涉仪IAbstractFacedwithtoughenvironment,measurementofmodernsensorrequiresincreasinglyhighdemandsofitsperformance,suchasaccuracy,reliability,dynamicrange.Atthesametime,matureandreliablemeasurementtechnologyisalsoinurgentdemand.Opticalfibersensorhasitsownc

7、haracteristicssuchashigheraccuracyandsensitivity,resistancetohightemperatureandpressure.Itiswildlyusedinstructuralhealthmonitoringofcompositematerials,large-scalestructures(suchasbridges,etc.)andaircraft.Usingphasemodulationmethodofopticalfibersensingtechnologyprovidesa

8、referencetoopticalfibersensorsintheapplicationresearchoffabrication,cost,andpracticality.Thearticledescribedth