非本征型光纤法布里—珀罗传感器制造工艺研究

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1、非本征型光纤法布里-珀罗传感器制造工艺研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李竞飞指导教师：陈伟民教授专业：仪器科学与技术学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一六年五月ManufacturingtechnologyforopticalfiberExtrinsicFabry-PerotInterferometersensorAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeof

2、EngineeringByLiJingfeiSupervisedbyProf.ChenWeiminSpecialty:InstrumentScienceandTechnologyCollegeofOptoelectronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2016中文摘要摘要非本征型光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot，F-P)应变传感器具有抗电磁干扰能力强、能在极端恶劣的环境条件下长期稳定工作等优点，在结构健康监测、石油化工、航空航天、国防军

3、事等领域具有广阔的应用前景。但是现有的传感器基本上还停留在手工制造阶段，因而存在F-P腔腔长和标距等核心参数控制精度不足、制造一致性差等问题，导致非本征型光纤F-P传感器的应变测量范围、测量精度和长期可靠性等性能难以得到保证；而无专门的商业化制造设备、无法大规模批量生产，更是使其应用和推广受到了阻碍。为此，提出了针对性的解决方案、设计开发非本征型光纤F-P传感器的专用制造仪器，以解决其高精度、高稳定性等制造工艺难题，为非本征型光纤F-P传感器的批量化生产奠定基础。论文围绕此目标，完成了如下工作。分析了非本征型光纤F-P

4、传感器应变传感的工作原理，并据此提出了非本征型光纤F-P传感器的制造工艺要求和光纤F-P制造仪的设计要求，为设计开发光纤F-P制造仪奠定了基础。根据非本征型光纤F-P传感器的结构特点、针对现有制造工艺存在的问题，提出了仪器的总体设计方案及模块化的设计思路，并分别完成了夹具模块、监视模块、光纤移动模块、整体移动模块、放电熔接模块等模块化组件的设计，最终成功搭建出光纤F-P制造仪实物样机。根据非本征型光纤F-P传感器的性能要求和实际应用需要，通过交叉试验对放电熔接参数进行了优化，确保制造出的传感器性能达到了规定的要求。最后

5、，利用自行开发的专用制造仪器、在优化的工艺参数条件下制造出了70支非本征型光纤F-P传感器样品。针对传感器的性能评价指标、设计了相应的考核实验方法，并通过实验对这些样品进行了应变测量范围、应变传递效率、产品成品率、灵敏度、线性度和长期可靠性等性能指标的考核与评价。应变测量范围考核实验的结果表明，54支传感器样品在1400με的拉伸应变作用下，成品率达到91%、超过80%的传感器的应变传递效率都在82%以上且波动不超过10%、传感器灵敏度约为13nm/με，传感器腔长标准差为0.565μm、传感器的制造一致性良好。而长期

6、可靠性考核实验的结果表明，经过加速老化，另外16支传感器样品的长期存活率达到100%、灵敏度波动不超过7%、线性度始终保持在0.999以上，绝大多数传感器的信号光谱未发生明显蜕化且未对解调结果造成任何显著影响。传感器的各项性能指标均符合实际应用的要求。关键词：光纤，法布里-珀罗，应变传感，制造工艺，仪器I英文摘要ABSTRACTOpticalfiberextrinsicFabry-PerotInterferometer(EFPI)sensorhasastronganti-electromagneticinterfere

7、ncecapabilityandcanworkstablyforalongtimeinextremelyharshenvironments.Ithasbroadapplicationprospectsinthefieldsofstructuralhealthmonitoring,petrochemicalindustry,aerospace,militaryaffairsetc.However,itsexistingmanufacturingtechnologyhasproblemsoflackofprecisiono

8、fthecoreparameters,suchastheinitiallengthofF-Pcavity,gaugelengthetc.Soitsmeasurementrange,measurementaccuracy,long-termreliabilityandotherperformanceindexesarealsodif