白光干涉型光纤法珀腔传感器的研究

【摘要】： 干涉型光纤法珀腔(FP)传感器作为一种高精度的干涉型光纤传感器有着广泛的应用前景。按照信号解调装置的不同该种传感器可分为三类：强度调制解调型、相位调制解调型和白光干涉仪调制解调型光纤FP传感器，其中后两种采用宽光谱光源，是白光干涉型光纤FP传感器。白光干涉型光纤FP传感器解决了传统光纤FP传感器只能进行相对测量的缺陷，因此可以埋入材料结构内部，对结构内部的状态进行长期实时监测，被认为是一种最有发展前途的用于智能结构的灵巧传感器。 本文首先利用光的干涉理论、多光束干涉理论和白光干涉理论分析了白光干涉型光纤FP传感器的工作机理，由此得到了白光干涉型光纤FP传感器的两种解调方法：直接解调的相位调制解调法和间接解调的白光干涉仪调制解调法。通过理论分析建立了这两种传感器的理论模型。 其次，讨论了光纤FP传感头的制作工艺中的一些关键问题。我们通过理论分析得到了确定光纤FP腔原始腔长的方法，并据此设计出了两套测量光纤FP腔腔长的方法。通过理论计算得到了构成光纤FP腔的光纤端面的镀膜参数要求，深入的分析了白光干涉仪光纤FP传感器的模型，并设计出了一套观察白光干涉现象的实验装置。接着对光纤FP传感头的制作过程作了具体介绍。 最后讨论了白光干涉型光纤FP传感器信号解调装置的设计，提出了改进该种传感器性能的方法，并对该传感器系统与电阻应变片作了对比实验，将该种传感器用于了碳纤维材料的温度性能实验中。