检索结果-内蒙古大学图书馆

激光杂志 2015年第10期36卷 141-143页

作者：张翠羽王慧商丘市科技局科技培训中心河南商丘476000 河南大学计算机与信息工程学院河南开封475000 平顶山学院河南平顶山467099

本文提出了一种新型多参数传感的模式干涉仪,由一段光子晶体光纤与局部扰动的标准单模光纤耦合形成,其感知结构中相关的参数能够随着干涉图案的能见度和干涉图案偏移而变化,通过在光子晶体光纤的一部分被挤压局部区域使用锯齿状结构构... 详细信息

本文提出了一种新型多参数传感的模式干涉仪,由一段光子晶体光纤与局部扰动的标准单模光纤耦合形成,其感知结构中相关的参数能够随着干涉图案的能见度和干涉图案偏移而变化,通过在光子晶体光纤的一部分被挤压局部区域使用锯齿状结构构件实现了参数测量,该装置适用于多种物理参数的监测,其灵敏度的调整方式简单。

关键词：模式干涉仪多参数传感局部压力灵敏度

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用于乐甫波液体多参数传感的人工神经网络结构和方法

用于乐甫波液体多参数传感的人工神经网络结构和方法

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作者：陈智军孙聪韩超陈涛付俊 210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号

本发明公开了一种用于乐甫波液体多参数传感的人工神经网络结构和方法。所述人工神经网络结构采用两级结构，第一级结构包括第一输入层、第一隐含层和第一输出层，第二级结构包括第二输入层、第二隐含层和第二输出层；第一输入层、第一... 详细信息

标准号: CN105223269A

本发明公开了一种用于乐甫波液体多参数传感的人工神经网络结构和方法。所述人工神经网络结构采用两级结构，第一级结构包括第一输入层、第一隐含层和第一输出层，第二级结构包括第二输入层、第二隐含层和第二输出层；第一输入层、第一隐含层和第一输出层依次连接，第一输出层接入第二输入层，第二输入层、第二隐含层和第二输出层依次连接。本发明通过乐甫波负载液体时数值仿真得出的输入输出层量化关系作为正向样本，用于正向传播学习训练；通过已知液体特征参数的液体实验测试结果作为反向样本，用于反向传播学习调整。经过大量反复的神经网络正向训练和反向调整，获得乐甫波传播参数与液体特征参数的定量关系，实现液体多参数传感功能。

关键词：输出层隐含层第二输入乐甫波多参数传感人工神经特征参数网络结构依次连接输入层正向样本传播参数定量关系反向传播反向调整负载液体两级结构量化关系神经网络输入输出数值仿真学习调整学习训练液体实验正向传播第二级第一级接入一种已知训练公开

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基于pMUT的多频换能与新型复合参数传感机理及其应用研究

基于pMUT的多频换能与新型复合参数传感机理及其应用研究

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作者：孙长河重庆大学

学位级别：博士

随着微机电系统（MEMS）技术与物联网的迅猛发展,微加工超声换能器在各类超声器件中脱颖而出,在国民经济、社会发展与国防安全领域发挥着越来越重大的作用。由于压电式微加工超声换能器（pMUT）克服了传统大尺寸压电陶瓷超声换能器和电... 详细信息

随着微机电系统（MEMS）技术与物联网的迅猛发展,微加工超声换能器在各类超声器件中脱颖而出,在国民经济、社会发展与国防安全领域发挥着越来越重大的作用。由于压电式微加工超声换能器（pMUT）克服了传统大尺寸压电陶瓷超声换能器和电容式微加工超声换能器（cMUT）的诸多缺陷而成为极具发展潜力与应用前景的一种新型超声换能器,具有结构设计灵活、制作工艺简单、无需偏置电压、灵敏度高、可靠性好、声阻抗易匹配、尺寸小、易于阵列与集成等优点。目前国内外研究机构主要致力于pMUT器件的机电耦合系数、灵敏度、工作频率、带宽等性能参数的提升,但是工作频带单一、频率带宽小使得基于pMUT的超声成像系统始终无法兼顾大探测范围和高成像分辨率。此外,由于pMUT很难兼得高机电耦合系数与高品质因数Q,这使得pMUT的研究几乎都集中在超声换能方面,尚未有深入研究pMUT的传感特性及其应用。因此,本论文在国家重点研发计划和中国留学基金委的资助下,对pMUT的多频带、宽频带超声换能特性与多参数传感特性及其应用展开了深入的研究。论文的创新工作和主要研究内容如下:1)基于Kirchhoff薄板理论和压电本构方程推导出矩形pMUT振动时的运动方程和各阶振动模态频率,利用能量分析方法推导出pMUT的等效刚度系数并建立了pMUT机电等效电路理论模型。通过与COMSOL有限元仿真结果对比分析,所建立的理论分析模型可以精确地预测pMUT的振动挠度波形和模态频率。此外,还研究了锆钛酸铅（PZT）薄膜的沉积与刻蚀技术,设计出一种基于准同型相界（MPB）PZT薄膜的矩形pMUT一体化微加工工艺,并分析了电场极化条件对MPB-PZT薄膜压电特性的影响,测试结果表明单脉冲高电压极化能有效提高压电常数并降低介电常数和介电损耗。2)提出了一种单一单元的压电-静电复合式多频超声换能器,器件结构可看成由压电薄膜与凹槽形介电薄膜的cMUT堆叠而成,可分别按照低频cMUT和高频pMUT两种模式工作。建立了多频超声换能器的微分运动方程及其在两种不同工作模式下的机电等效电路模型,理论分析了非平整形层合薄膜的挠度波形函数并与COMSOL有限元仿真分析作对比,挠度波形预测偏差低于1%,并通过改变压电薄膜与介电薄膜的尺寸比,可实现非谐波方式下2到20以上高低频率比的双频超声,且可通过结构设计独立优化高频与低频超声。与传统基于谐波响应的多频超声换能器的高频模式相比,所设计的多频超声换能器在高频超声工作方式下理论上能提供至少高一个量级的声压强度。3)提出了一种基于矩形压电薄膜的宽频带压电式多频超声换能器。通过对矩形和方形pMUT各阶弯曲模态振型的对比研究,理论分析了矩形薄膜长宽比对沿着pMUT长度与宽度方向各阶振动模态的调制作用,提出了矩形pMUT的多频带与宽频带工作机理,并利用COMSOL有限元仿真软件进行了验证。采用MEMS加工技术研制了三款具有小、中、大三种不同长宽比的矩形多频超声换能器,测试了它们在空气中的位移灵敏度、阻抗特性并完成了水下超声发射实验,结果表明具有中等长宽比的矩形多频超声换能器可以表现出响应曲线更平滑和响应带宽更大的多频带特性,在无声阻抗匹配前提下前两个通频带的-6 dB带宽分别为112%@0.615 MHz和38%@1.63 MHz,高于先前报道的所有压电式多频超声换能器的工作宽带,在超声探测、诊断、治疗及成像领域具有广泛的应用前景。4)构建了一种基于pMUT线性阵列与摩擦纳米发电机（TENG）的自驱动多参数复合传感柔性系统,由pMUT湿度传感器、pMUT温度传感器、TENG能量收集器和基于TENG的CO2气体传感器组成。制备出氧化石墨烯（GO）和聚乙烯亚胺（PEI）均匀混合的PEI/GO复合薄膜,分别采用单纯GO薄膜、单纯PEI薄膜和不同PEI体积分数的PEI/GO复合薄膜设计pMUT湿度传感器,经过详细的表征分析与实验测试,基于GO薄膜和PEI薄膜的pMUT湿度传感器的灵敏度分别为719 Hz/%RH和543Hz/%RH,具有明显的非线性响应特性,基于50%（v/v）PEI体积分数的PEI/GO复合薄膜的pMUT湿度传感器的灵敏度高达748Hz/%RH,并且具有良好的线性度,滞回特性和稳定性也得到了改善。采用未经敏感薄膜功能化处理的pMUT阵元作为温度传感器,设计出基于pMUT线性阵列的湿度传感器和温度传感器阵列,可自补偿传感器阵列的温、湿度效应。设计TENG收集环境振动能量为pMUT阵列温、湿度传感器供电,最大输出功率为7.5 mW。采用PEI功能化TENG的摩擦接触表面并由此设计CO2气体传感器,利用基于PEI/GO复合薄膜的湿度传感器校准CO2气体传感器的湿度效应,经校准后CO2浓度测量误差小于5%,测量量程极限高达10000 ppm。

关键词：超声波技术压电式微加工超声换能器(pMUT) MEMS技术多频超声多参数传感

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基于经验模态分解的折射率、pH和温度三参量同时检测光纤传感器

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光学学报 2024年第23期44卷 53-64页

作者：闵洋常建华柯欣怡吴新新南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)和马赫-曾德尔干涉(MZI)效应结合经验模态分解(EMD)同时对折射率、pH和温度进行检测的光纤传感器。该传感器由空芯光纤(HCF)与两段多模光纤(MMF)构成,利用银纳米膜和聚丙烯酸/壳聚糖(PAA/CS)高折射... 详细信息

提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)和马赫-曾德尔干涉(MZI)效应结合经验模态分解(EMD)同时对折射率、pH和温度进行检测的光纤传感器。该传感器由空芯光纤(HCF)与两段多模光纤(MMF)构成,利用银纳米膜和聚丙烯酸/壳聚糖(PAA/CS)高折射率pH敏感材料将HCF的侧面划分成区域Ⅰ和区域Ⅱ,分别用于测量折射率(单位为RIU)和pH。通过EMD将区域Ⅲ中由环境温度变化所产生的MZI干涉光谱分解为本征模态函数(IMF),建立温度变化与IMF之间的关系,扩大对温度变化的动态测量范围,实现温度补偿。实验结果显示,传感器在1.333~1.370折射率范围内的灵敏度达到了2381.71 nm/RIU,在4.12~10.14的pH值范围内的灵敏度为-14.62 nm/pH,在20~80℃温度范围内的温度灵敏度为85.27 pm/℃,在海洋环境监测、生物化学检测等领域具有广泛的应用前景。

关键词：表面等离子体共振马赫-曾德尔干涉仪经验模态分解多参数传感

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基于空芯光纤的温度、湿度、应变同时测量光纤传感器

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光学学报 2023年第23期43卷 28-38页

作者：陈鸣常建华徐遥金澳博胡子怡南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

提出一种基于空芯光纤的温度、湿度和应变同时测量的三参数光纤传感器。该传感器由一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间而成。独特的空芯结构使法布里-珀罗、马赫-曾德尔和反共振3种机制在传感器中并存。实验中,选取反射、透射谱中3个... 详细信息

提出一种基于空芯光纤的温度、湿度和应变同时测量的三参数光纤传感器。该传感器由一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间而成。独特的空芯结构使法布里-珀罗、马赫-曾德尔和反共振3种机制在传感器中并存。实验中,选取反射、透射谱中3个干涉谷dip 1、dip 2、dip 3,分别测试其谷底位置与温度、湿度和应变的对应关系,利用传递矩阵消除不同参数间的交叉敏感,实现了温度、湿度和应变的高灵敏度同步测量。测试结果表明,该传感器的温度灵敏度、相对湿度灵敏度和应变灵敏度分别可达22.4 pm/℃、37.5 pm/%、1.22 pm/με,在结构健康监测方面有望获得重要应用。

关键词：光纤光学空芯光纤反共振效应马赫-曾德尔法布里-珀罗多参数传感

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基于脉冲调制的分布式振动传感技术研究

基于脉冲调制的分布式振动传感技术研究

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作者：张敬栋重庆大学

学位级别：博士

分布式光纤传感(Distributed Optical Fiber Sensing,DOFS)技术因其高集成度、多参量敏感、适应恶劣环境等诸多应用优势已成为近年来研究热点。特别是能实现振动、声波及应变/温度测量的相位敏感型光时域反射仪(Phase-sensitive Optical... 详细信息

分布式光纤传感(Distributed Optical Fiber Sensing,DOFS)技术因其高集成度、多参量敏感、适应恶劣环境等诸多应用优势已成为近年来研究热点。特别是能实现振动、声波及应变/温度测量的相位敏感型光时域反射仪(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer,φ-OTDR)正在周界安防及大型结构的故障检测等领域发挥着越来越重要的作用。这种技术在敏感度、响应速度、稳定性等方面的性能可与以布拉格光栅为代表的准分布式传感系统相媲美,具有广阔的发展前景。但是目前基于φ-OTDR的分布式振动传感(Distributed Vibration Sensing,DVS)仍存在诸多问题和挑战,限制了其在更多领域的推广与应用。如实现宽频振动测量的系统需要较大调制和解调带宽,结构复杂且成本高;实现长距离传感的系统采用双端注入的分布式光放大,噪声大难以进行准确的相位解调;多参数传感系统未兼顾动态振动和静态应变/温度的测量等。本文针对以上问题,提出了加性随机脉冲间隔调制、多载波非线性调频、高斯脉冲调制等多种光脉冲调制方法,进一步优化了φ-OTDR系统的振动频响范围、传感长度、空间分辨率、信噪比等各项传感性能参数,实现了低成本的多参数传感。论文的核心内容包括:(1).梳理了国内外分布式振动传感及分布式多参数传感的研究进展,分析了基于瑞利散射的振动传感及基于自发布里渊散射的温度/应变传感的基本物理模型,深入研究了非线性效应和不同光探测方式对系统的影响,为后续通过各种调制手段提升DOFS系统传感性能提供理论支撑。(2).提出了基于加性随机采样的光脉冲间隔调制方法,并搭建了分布式宽频振动传感系统。利用加性随机采样信息冗余度低、抗频谱混叠等特性,消除了DVS系统中传感距离对频率响应范围的限制。通过对加性随机采样的理论分析、参数优化,在10km的传感光纤上对高达150k Hz的高频稀疏振动信号实现了频谱分析,并基于匹配追踪思想,对该信号进行了高达30d B动态范围的时域重构。此方法不增加系统光探测和信号采集的带宽,为宽振动频响范围的DVS提供了一种新的解决思路。(3).提出了基于多载波非线性调频的光脉冲调制方法,并搭建了长距离分布式振动传感系统。在无分布式光放大的单端注入φ-OTDR中,对传感距离、空间分辨率、相位解调及抗衰落等方面传感性能进行优化。通过电光调制器实现多载波调制,消除了瑞利散射信号中的干涉衰落;采用了高旁瓣抑制比的非线性调频脉冲,抑制了不同位置瑞利散射信号间的互相干扰;采用脉冲迭代整形的方法,降低了畸变光脉冲的非线性效应影响。在长达80km的传感光纤上实现了无分布式光放大的振动信号的探测,光纤末端保有17d B的强度信噪比,相位解调的信噪比高达45d B。(4).提出了高斯脉冲调制方法,并搭建了融合φ-OTDR和B-OTDR(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer)的振动、温度和应变分布式多参数传感系统。系统通过同一探测通道对快速振动信号及静态的温度和应变信号同时进行探测,降低了系统复杂度和成本。在B-OTDR传感中,利用布里渊的增益谱特点,采用高斯型光脉冲进行传感,结合高斯加窗时频变换对拍频信号进行分析,在10km光纤上实现了亚米级的空间分辨率。以工程应用为背景,制作了该系统的工程化样机。

关键词： φ-OTDR B-OTDR 加性随机采样非线性调频多参数传感

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基于干涉原理的多参量光纤传感技术研究

基于干涉原理的多参量光纤传感技术研究

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作者：郑杰文南京信息工程大学

学位级别：硕士

光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、结构紧凑、耐腐蚀、体积小等优势,满足智能化时代的需求,是未来应用于物联网系统的合适选择。随着社会智能化的进一步发展,提出高灵敏度和高精度的光纤传感器成为了下一代光纤传感器的研究目标。... 详细信息

光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、结构紧凑、耐腐蚀、体积小等优势,满足智能化时代的需求,是未来应用于物联网系统的合适选择。随着社会智能化的进一步发展,提出高灵敏度和高精度的光纤传感器成为了下一代光纤传感器的研究目标。本文主要研究了几种基于干涉与反谐振效应多参数光纤传感器,并阐述了传感器的工作原理、制作过程以及相应实验测试结果,主要内容如下:(1)提出一种基于Michelson干涉(MI)的同时测量横向压力、折射率(RI)和高温的传感器。传感器由锥形和帽状结构组成,其中锥形结构同时作为激发单元和耦合单元,帽状结构用来提供部分光程差和提高光谱消光比。所提出的传感器在高温测量中表现出较好的稳定性,横向压力、折射率和温度灵敏度分别为-1.412 nm/N、200.07 nm/RIU和8.4 pm/℃。(2)提出一种基于毛细硅管的紧凑型光纤传感器。在单模光纤尾端熔接一段空芯硅管,然后对微管末端放电使其呈气泡状,进而将Fabry-Perot干涉仪(FPI)和反谐振两种机制结合在空芯硅管中。由于FPI光谱对横向压力有较强烈的响应,而反谐振结构光谱对温度响应比较强烈,两种不同的传感机制导致温度和横向压力的高对比灵敏度值(1.89pm/℃,190.48pm/N和24.93pm/℃,16.68pm/N)。(3)提出一种级联反谐振反射波导(ARRW)和光纤环形结构同时测量折射率、温度的光纤传感器。该传感器是通过拼接基于Mach-Zehnder干涉仪(MZI)的光纤环形结构与ARRW制作而成。该传感器同样将MZI和反谐振两种机制结合在透射光谱中,利用两种机制的光谱对RI和温度有着不同的响应。测量得到他们对折射率和温度的响应,该传感器的RI和温度灵敏度分别为108.61nm/RIU和19pm/℃,最后建立灵敏度系数矩阵进行解调。(4)提出了一种用于温度和横向压力同时传感的全光纤MZI和FPI混合传感器。该传感器由两个单模光纤微球、一个空芯光纤微球和两段单模光纤组成。两个单模光纤微球在传感器中一个作为光激发器,而另一个作为光耦合器,它们都是在同一条件下对光纤末端电弧放电制作而成的。空芯光纤微球内形成空气腔,作为FPI能有效测量横向压力。实验测得,该传感器在30～70℃范围内的温度灵敏度为67pm/℃,在0～3.92N范围内的横向压力灵敏度为839.5nm/N。总之,本论文的研究可以加深人们对光纤传感尤其是对多参量传感的认识和理解。这些研究也对未来的光纤传感器的发展有一定的参考意义。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗干涉仪迈克尔逊干涉仪马赫-曾德尔干涉仪反谐振反射波导多参数传感

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基于摩擦纳米发电机的无线交通监控系统

基于摩擦纳米发电机的无线交通监控系统

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作者：汤余志杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着道路和高速公路上汽车数量的不断增加,道路上的人车碰撞事故不断发生,造成了大量的财产流失。研究人员和执法机构重视解决驾驶车辆和行人的道路安全问题,通过设定车速限制、车道行驶方向、人车分流等相关措施,来规范交通运行,提升... 详细信息

随着道路和高速公路上汽车数量的不断增加,道路上的人车碰撞事故不断发生,造成了大量的财产流失。研究人员和执法机构重视解决驾驶车辆和行人的道路安全问题,通过设定车速限制、车道行驶方向、人车分流等相关措施,来规范交通运行,提升道路运行的安全与运行效率。基于上述措施,本文提出了一种方案:通过摩擦纳米发电机和磁耦合无线传输系统,来统计人行道上的人流量,并且通过设计的双端值电容式传感器来实现识别人车的功能;此外,还可以用于非机动车道和机动车道上的车流量统计,车速的测量以及监控车辆行驶方向的功能,实现了多参数传感。本文的研究内容如下:(1)基于3D打印机制作带有L型微开关的摩擦纳米发电机,并详细的介绍了摩擦纳米发电机的原理,以及对其性能做出了详细的测试。(2)基于摩擦纳米发电机的自供电磁耦合无线传输系统,对其进行了接收端信号的理论推导,并且通过matlab给出了信号的频率随电容变化的拟合曲线,为后文设计的无线监控系统提供基本理论。(3)基于磁耦合无线传输系统和设计的双端点电容式压力传感器设计的人行道上的自供电无线识别人车监控系统,通过检测无线接收端信号的数量可以统计行人和车辆的流量;通过对信号的频率分析来识别行人和摩托车,如果接收端信号含有2个相同的频率分量则可识别人,否则识别为车。(4)基于磁耦合无线传输系统和设计的双端点电容式压力传感器设计的位于非机动车道上的自供电无线监控车辆速度和行驶方向的监控系统,通过检测接收端的信号时间差,进而可以计算车辆的行驶速度;通过对接收端信号的频谱分析,如果信号含有2个不同的频率分量值,则可判断车辆逆行行驶,否则就是正向行驶。

关键词：摩擦纳米发电机自供电无线流量监测速度测量行驶方向多参数传感

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基于石英微泡的光纤级联微腔结构制备及传感特性研究

基于石英微泡的光纤级联微腔结构制备及传感特性研究

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作者：孙崇斌哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,基于光纤内微腔结构的法布里珀罗干涉仪在传感应用领域备受关注。相比于其他类型的干涉传感器,该类传感器采用反射式结构,有结构紧凑、灵敏度高、易于封装等优势,可以灵活实现对拉力、温度、压强等环境参数的传感。在光纤内引入... 详细信息

近年来,基于光纤内微腔结构的法布里珀罗干涉仪在传感应用领域备受关注。相比于其他类型的干涉传感器,该类传感器采用反射式结构,有结构紧凑、灵敏度高、易于封装等优势,可以灵活实现对拉力、温度、压强等环境参数的传感。在光纤内引入级联微腔结构,可以增加传感参量种类,并有效提高传感光谱Q值。本文中,我们提出了一种利用商用石英微泡在光纤中构造级联微腔的方法,设计并制备出了高灵敏度、高Q值、双参量传感器,并对传感特性进行了理论研究和实验测试。具体工作如下:将石英微泡与悬锥型拉力传感结构相结合,在光纤内制备出悬锥微泡型级联微腔,有效提高光谱Q值,实现了拉力和温度的高灵敏同步探测。通过紫外固化胶将石英微泡固定在悬锥末端,并将悬锥熔接集成在光纤微腔内,构成三光束法布里珀罗干涉结构。对该结构的干涉光谱进行了模拟仿真,理论计算了拉力和温度传感灵敏度,并将其与双光束干涉结构光谱的Q值和灵敏度进行了对比分析。实验研究了该传感器的拉力和温度传感特性,对其拉力探测极限进行了实验测试。利用带通滤波分别提取了级联微腔光谱的不同干涉成分,利用双参数传感矩阵实现了对温度和拉力双参数解调。将石英微泡与薄膜型压强传感结构相结合,在光纤末端制备出悬挂微泡级联微腔,实现了对压强的高灵敏度、高Q值传感。该结构将石英微泡集成在薄膜上,将薄膜的单反射面转换为石英微泡的双反射面,有效增加了干涉光谱特征峰的对比度。利用有限元分析软件模拟了薄膜与石英微泡在不同压强下的形变量,并理论计算了该结构的压强传感灵敏度,分析了薄膜厚度对压强灵敏度的影响。实验研究了该结构的压强传感特性,通过减小薄膜厚度,在保证高Q值的同时,有效提高了压强灵敏度。将石英微泡与聚合物相结合,在光纤末端制备出聚合物微泡级联微腔,实现了温度和压强的同步传感。该结构通过简单的熔接和固化操作,将石英微泡的一部分浸没在光纤末端的聚合物微腔内,利用氢氟酸腐蚀可以改变石英微泡未浸没部分的壁厚。利用有限元分析软件模拟分析了石英微泡浸没深度和石英微泡未浸没部分壁厚对压强灵敏度的影响,并对结果进行了实验验证。研究了聚合物的温敏特性和石英微泡薄壁的压敏特性,利用双参数传感矩阵实现了对温度和压强双参数解调。

关键词：光纤传感器法布里珀罗干涉石英微泡多参数传感高Q值

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保偏少模光纤色散及其传感特性研究

保偏少模光纤色散及其传感特性研究

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作者：韩志策天津大学

学位级别：硕士

保偏少模光纤作为一种新型的光纤,同时具备保偏光纤和少模光纤的诸多优良特性,在光纤通信和光纤传感领域都有着广阔的应用前景。保偏少模光纤的发展需要有效的参数特性测量方法,本文针对保偏少模光纤的模间色散特性进行了研究,提出了适... 详细信息

保偏少模光纤作为一种新型的光纤,同时具备保偏光纤和少模光纤的诸多优良特性,在光纤通信和光纤传感领域都有着广阔的应用前景。保偏少模光纤的发展需要有效的参数特性测量方法,本文针对保偏少模光纤的模间色散特性进行了研究,提出了适用于保偏少模光纤的拍长和模式群时延测量方法,并探究了保偏少模光纤的传感特性。本论文的主要工作有:1.介绍了保偏少模光纤的基础理论,总结了少模光纤模场求解的两种方法。介绍了模分复用系统中模式激发与转换和模式复用与解复用常用的方法。介绍了光纤中模式耦合的两种情景,使用线性耦合矩阵建立了光纤模式传输过程中的耦合模型。介绍了保偏光纤的基本结构及其特性。2.介绍了基于偏光干涉法的保偏少模光纤各个模式拍长逐一测量和同时测量的基本原理,搭建了拍长逐一测量和同时测量的实验系统,同时分析了系统各部分的性能和细节,给出实验结果并进行了数据处理。3.探究了保偏少模光纤的温度和应变传感特性,分析了其温度和应变传感的原理。总结了温度和应变单一参数传感和多参数同时传感的误差估计公式。使用3模熊猫型保偏少模光纤进行了温度和应变的传感实验。使用有限元分析软件COMSOL建立了基于保偏少模光纤的温度和应变模型。以传感误差为指标,提出了基于保偏少模光纤温度和应变传感的光纤优化方案,提出了保偏少模光纤应力棒直径优化模型。4.介绍了基于空间频谱（S2）法的保偏少模光纤差分模式群时延测量的基本原理。对空间频谱（S2）法群时延测量系统中所使用的仪器和器件进行了详细的参数介绍。通过实验对一根31米的椭圆芯保偏少模光纤各个模式的差分模式群时延分别进行了测量。

关键词：保偏少模光纤拍长测量差分模式群时延测量温度和应变多参数传感

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