基于光纤Sagnac干涉仪的光纤传感器

摘要

在各种光纤传感器中，光纤干涉型传感器以其简单的结构和较高的灵敏度在实验研究、实际应用中占据了较高的位置。光纤塞格纳克(Sagnac)干涉仪因为其极高的灵敏度也已经广泛应用于各个领域，尤其基于Sagnac干涉仪设计的光纤陀螺仪已经成为军事和商业应用最为成功的干涉型传感器件。 本文首先分析了高双折射光纤Sagnac环镜的工作原理和传感特性．基于此特性，本文以高双折射光纤Sagnac环镜作为传感头，组建了具有高灵敏度的温度传感器。该传感器在25℃-70℃的测温范围内，其光强透过率函数的温度响应度约为1.6％/℃。实验结果表明其透过率函数的温度响应曲线在40℃-70℃具有较高的线性拟合度，为0.9975。 其次，本文介绍了相位压缩原理，通过对Sagnac干涉仪原理的具体分析，了解到其具有互易性的特点，故能够消除由环境温度所造成的不稳定因素的影响这一优点。在这两个原理的基础上组建了光纤微分干涉仪实验系统，并对其工作原理进行推导分析，给出主要公式和限制条件，并通过实验获得了输出波形的电压幅值和频率与调制电压和调制频率之间的关系。通过实验与理论的结合，我们分析出基于相位压缩原理的光纤微分干涉仪具有线性范围广、信号处理电路简单，而且还对缓变的温度等环境因素不敏感的优点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1光纤传感技术

1.1.1光纤的基本结构及导光原理

1.1.2光纤传感器的优点及应用

1.1.3光纤传感器的几大发展趋势

1.2光纤干涉型传感器

1.3本课题的主要研究内容

1.4本课题来源

第2章相位调制型光纤传感理论

2.1引言

2.2相位调制机理

2.2.1相位调制概述

2.2.2应力应变效应

2.2.3温度应变效应

2.3光纤干涉仪简介

2.3.1迈克尔逊(Michelson)光纤干涉仪

2.3.2马赫-泽德(M-Z)光纤干涉仪

2.3.3赛格纳克(Sagnac)光纤干涉仪

2.3.4法布里-珀罗(F-P)光纤干涉仪

2.3.5光纤干涉仪的灵敏度

2.4本章小结

第3章高双折射光纤SAGNAC传感器

3.1引言

3.2高双折射光纤环镜原理及传感特性分析

3.2.1高双折射光纤环镜原理

3.2.2高双折射光纤环镜的传感特性分析

3 3高双折射光纤环镜的温度传感

3.3.1温度传感分析

3.4高双折射光纤SAGNAC环镜温度传感实验系统实验研究

3.4.1高双折射光纤环镜的制作

3.4.2温度传感实验系统

3.5实验数据分析

3.6结论

第4章SAGNAC光纤微分干涉传感器

4.1引言

4.2相位压缩原理概述

4.3压电陶瓷(PZT)相位调制器原理

4.4光纤微分干涉仪相位压缩原理

4.4.1 Sagnac干涉仪原理

4.4.2光纤微分干涉仪相位压缩原理

4.5光纤微分干涉仪实验系统

4.6实验结果及数据分析

4.6.1调节信号电压的频率

4.6.2调节信号电压的幅值

4.7小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢