单模光纤照射反射式光纤位移传感技术研究

摘要

将光纤应用于传感检测是光纤发展史上的一个伟大创新。作为光纤传感领域的一个重要分支，反射式强度调制光纤传感器(RIM-FOS)具有结构简单、设计灵活、抗电磁干扰、重量轻等优点，自其诞生就引起了巨大关注并成功用于位移、压力、加速度、振动、温度等物理量的检测。本文首先回顾了RIM-FOS的研究发展状况，认真总结了前人的研究成果并完成了以下研究内容：
　　 1、以高斯分布描述单模光纤出射光场，通过引入反射面形状因子和倾斜因子，建立了单模光纤照射的RIM-FOS光纤对模型光强调制函数，利用数值仿真方法系统分析了单模光纤数值孔径、模场直径、多模光纤芯径、光纤对轴间距、光纤端偏移量、反射面因子等对RIM-FOS强度调制特性的影响规律。
　　 2、为了克服传统的RIM-FOS传感器灵敏度较低的缺点，提出倾斜式RIM-FOS光纤对结构并建模分析了光纤倾斜角度、光纤参量、系统结构参量等对倾斜式RIM-FOS光强调制特性的影响规律。
　　 3、分析了影响RIM-FOS测量精度的基本因素，提出了具有补偿特点的双光路差动实验方案并详细介绍了探头设计、光源驱动、探测器驱动、信号处理采集等模块的设计。
　　 4、对设计传感器的特性进行了测试，包括光强调制特性测试、反射面倾斜实验、系统重复性和稳定性以及传感器的灵敏度等实验。