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SMS结构型光纤传感器的研究

赵方  
【摘要】: 光纤传感器由于其体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高等优点,在特殊的场合完成了人工无法完成的任务。它的优势已经在航空航天、军事、国防等许多领域发挥了巨大的作用。基于多模干涉和自镜像效应的光纤传感器为光纤传感领域注入了新的活力与生机,已经成为人们研究的热点,具有十分重要实际意义和广阔的应用前景。 本文首先在理论上分析了圆柱坐标下电磁场特征方程的求解方法,并得出多模干涉效应和自镜像效应位置及成像关系,用MATLAB模拟了多模光纤中不同模式的耦合效率,得出自镜像位置的计算公式。重点阐述了SMS(Single-mode-Multimode-Single-mode)结构传感原理和相关理论。实验研究25℃-85℃范围内的温度传感,得出传统SMS结构传感器输出功率随温度变化不明显。为提高传感灵敏度,采用将SMS传感器的敏感部位粘贴到双金属片上进行实验,制成基于弯曲效应的传感器。改进后的SMS结构传感器在55℃-70℃范围内具有很好的灵敏度,且输出功率与温度基本呈线性变化。 在SMS结构的液体折射率传感器研究中,本论文中提出了通过监控输出光功率的变化规律得到最佳腐蚀效果。实验得出腐蚀过程中输出功率与时间的关系。通过分析腐蚀图像,选择不同位置,利用不同浓度的氯化钠和甘油溶液进行折射率传感实验,得出腐蚀后的SMS结构传感器折射率与输出功率的对应的关系。该实验具有极强的重复性,可以根据实际需要选择灵敏区间进行折射率的测量。


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