新型光纤声波检测系统的研究【字数：9598】
光纤在通信领域的进步日异月新，在传输信息的方面也占着非常重要的一部分，而且科学不断的创新与进步同样带动着光纤技术的迅速发展，现在有许多不同于普通光纤的特种光纤，其中有一种特种光纤为锥形光纤。锥形光纤最大的特点是光纤传输特性的变化会随着锥形光纤半径的变化而变化。光纤传感器有形状小巧、灵敏性能高、抗电磁干扰能力强、长时间持续监测等优点。但是，光纤声波振动传感器制作的成本高并且解调复杂。本论文讨论并设计出一种新型的光纤声波振动传感器来测量声波振动。此光纤声波振动传感器是以锥型单模光纤为基础而设计制作的一种传感器，通过对单模光纤进行拉锥改变单模光纤的结构，从而使之对外界因素（振动、声波、振动、形变等）有更灵敏的响应能力，将光纤粘在金属薄片上，从而实现对这些信号的检测，它具有测量频带宽，对光源没有硬性要求，不受到温度漂移影响，结构简单，易制作的优点。
目录
第一章 绪论 1
1.1光纤传感器概述 1
1.2光纤传感器原理 1
1.3光纤传感器的分类 2
1.4光纤传感器发展方向 3
1.5 本文的章节绪论 3
第二章 光纤法布里珀罗传感器的原理 5
2.1 光的干涉效应 5
2.2光纤法布里珀罗传感器光解调原理 6
2.2.1 FP腔工作原理 6
2.3光纤FP腔传感器解调原理 6
2.3.1波长解调 6
2.3.2强度解调 7
第三章 光纤法布里珀罗传感器的设计 9
3.1传感器系统的结构分析 9
3.1.1光源 9
3.1.2光纤 10
3.1.3环形器 11
3.1.4 光电探测器 11
3.2传感器系统材料制备及其特性 12
3.2.1光纤的锥区制备 12
3.2.2锥形光纤的传光特性 14
3.2.3 光纤的熔接 14
第四章 实验原理和检测数据 16
4.1实验原理 16
4.2实验数据和分析 17
4.3实验的改善 23
第五章 总结 24
参考文献 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5
致谢 26
第一章 绪论
1.1光纤传感器概述
由于通讯技术的发展和需要，光纤成为了传输光信息的一种重要的介质，而光纤传感器也因为光纤特性成为了一种新型的传感器[1]，它适应环境能力强、检测精度高、距离远还有速度快。所以在最近的几十年以来，光纤传感器成为了世界上学者们热烈研究的对象，在研究内容中，学者们不断寻找不同的测量方法[2]来提高光纤传感器的精度并简化光纤传感器的结构[3]。在研究结果上来看，现已有的光纤传感器已经比原有的传感器其分辨率提升了十倍[4]左右。
纵观光纤传感器的演变发展历史，从上世纪七十年代到八十年代发展迅速，在上世纪九十年代光纤传感器的设计研发步入了缓和阶段，但随着时代的进步，研究的深入对光纤传感器有了更高的要求，研究的需要推动了光纤传感器的发展，光纤传感器又进入了一个迅猛发展的阶段，又出现了许多新型的传感器。
过了几十年的时间，光纤传感器已经进入升级阶段，特别是从提高抗干扰能力、精度和分辨率上。伴随着通讯产业的迅速成长，传感器的发展也推动着其他科技领域的进步，比如机器人[5]对外界的感应、集成电路的大规模制作等都开始将传感器的研究与设计作为公司的项目，传感器对于许多电子产业开始变得越来越重要。相信在不久的未来，传感器技术将会越来越成熟，传感器的应用也会越来越普遍。
现今社会的经济发展与科学在不断进步与发展，光纤传感技术在人们的日常生活中及安全中就变得更加需要与重要，特别在一些重要场所，声波的检查更为重要。当今社会迫切需要灵敏度高、稳定可靠的传感器，这是一个十分有实际研究价值的课题。
1.2光纤传感器原理
光线通过光纤时，参量因为环境影响而改变，测量光波的数据变化就可以知道光纤外部环境的变化，光纤是探测不同物理量的传感元件[6]，实际光纤传感器已经有了许多的应用[7]。图1.1表示的就是光纤传感器的基本原理。
图1.1光纤传感器基本原理
1.3光纤传感器的分类
光纤传感器可通过光信号调制方式、光纤的作用以及被测信号等来归类[8]。其中一类是功能型传感器，精度高和分辨率高的小型传感器主要是功能型传感器。另一类则是非功能型传感器，非功能传感器[9]中光纤的作用是单一的，只是用来传输光纤，对环境的测量要求比较低，适用于环境影响因素偏少的场所。光纤传感器还可以分为波长、光强、偏振和相位调制型，从光信号调制方式的角度来分来的话，在这些传感器中，光强和波长调制型的在测量工程中的使用最频繁；光纤传感器则应用于测量数据有高要求的工程，跟着时代的进步，传感器测量的要求也越来越严格。
如今研究和设计的主要传感器是相位调制型[10]和偏振调制型传感器[11]。因为测试装置的原理和结构不同，相位调制型传感器里有麦克尔逊干涉型、马赫曾德干涉型、赛格奈克和法布里珀罗干涉型传感器。
另外，存在模间干涉型和布拉格光栅型，都是基于相位关系进行检测。麦克尔逊光纤传感器由参考光纤，光源和信号光源组成。
麦克尔逊型当信号光纤和参考臂光纤处于相同的环境中，不受环境因素的影响。
马赫曾德光线传感器有连根光纤组成，其中一根是信号光纤，另外一根是参考光纤，信号光纤的作用是放在要测量的环境中，而参考光纤则放在非测量的环境中；传感器能做到灵敏度高[12]，而且传感器输出了两个信号，所以可以避开向激光腔的光反馈等，但它也具有缺点，一个是需要使用到大量的光纤并且组装复杂；还有是传感器的构成还需要一根光纤作为参考臂，而且通常情况下它不易和测量光栅放置在同一个地方，这样就会让输入输出光纤不对称，从而使得测量的稳定性不够，测量环境也会对传感器有较大的干扰和安装艰难，因此马赫曾德传感器在特殊环境无法应用。
对于法布里珀罗光纤传感器的检测方法，只需单根光纤，光干涉是两束反射光在光纤中相遇所产生的。从光纤中传输到光电探测器的电信号，会因为干涉腔长的变化而变化。法布里珀罗光纤传感器可以体现出光纤的重量轻、小巧以及灵敏性强的特点，但是在计量方面的体现出抗干扰能力略差。因此该传感器还是现在广泛研究和加强设计的传感器。
目录
第一章 绪论 1
1.1光纤传感器概述 1
1.2光纤传感器原理 1
1.3光纤传感器的分类 2
1.4光纤传感器发展方向 3
1.5 本文的章节绪论 3
第二章 光纤法布里珀罗传感器的原理 5
2.1 光的干涉效应 5
2.2光纤法布里珀罗传感器光解调原理 6
2.2.1 FP腔工作原理 6
2.3光纤FP腔传感器解调原理 6
2.3.1波长解调 6
2.3.2强度解调 7
第三章 光纤法布里珀罗传感器的设计 9
3.1传感器系统的结构分析 9
3.1.1光源 9
3.1.2光纤 10
3.1.3环形器 11
3.1.4 光电探测器 11
3.2传感器系统材料制备及其特性 12
3.2.1光纤的锥区制备 12
3.2.2锥形光纤的传光特性 14
3.2.3 光纤的熔接 14
第四章 实验原理和检测数据 16
4.1实验原理 16
4.2实验数据和分析 17
4.3实验的改善 23
第五章 总结 24
参考文献 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5
致谢 26
第一章 绪论
1.1光纤传感器概述
由于通讯技术的发展和需要，光纤成为了传输光信息的一种重要的介质，而光纤传感器也因为光纤特性成为了一种新型的传感器[1]，它适应环境能力强、检测精度高、距离远还有速度快。所以在最近的几十年以来，光纤传感器成为了世界上学者们热烈研究的对象，在研究内容中，学者们不断寻找不同的测量方法[2]来提高光纤传感器的精度并简化光纤传感器的结构[3]。在研究结果上来看，现已有的光纤传感器已经比原有的传感器其分辨率提升了十倍[4]左右。
纵观光纤传感器的演变发展历史，从上世纪七十年代到八十年代发展迅速，在上世纪九十年代光纤传感器的设计研发步入了缓和阶段，但随着时代的进步，研究的深入对光纤传感器有了更高的要求，研究的需要推动了光纤传感器的发展，光纤传感器又进入了一个迅猛发展的阶段，又出现了许多新型的传感器。
过了几十年的时间，光纤传感器已经进入升级阶段，特别是从提高抗干扰能力、精度和分辨率上。伴随着通讯产业的迅速成长，传感器的发展也推动着其他科技领域的进步，比如机器人[5]对外界的感应、集成电路的大规模制作等都开始将传感器的研究与设计作为公司的项目，传感器对于许多电子产业开始变得越来越重要。相信在不久的未来，传感器技术将会越来越成熟，传感器的应用也会越来越普遍。
现今社会的经济发展与科学在不断进步与发展，光纤传感技术在人们的日常生活中及安全中就变得更加需要与重要，特别在一些重要场所，声波的检查更为重要。当今社会迫切需要灵敏度高、稳定可靠的传感器，这是一个十分有实际研究价值的课题。
1.2光纤传感器原理
光线通过光纤时，参量因为环境影响而改变，测量光波的数据变化就可以知道光纤外部环境的变化，光纤是探测不同物理量的传感元件[6]，实际光纤传感器已经有了许多的应用[7]。图1.1表示的就是光纤传感器的基本原理。
图1.1光纤传感器基本原理
1.3光纤传感器的分类
光纤传感器可通过光信号调制方式、光纤的作用以及被测信号等来归类[8]。其中一类是功能型传感器，精度高和分辨率高的小型传感器主要是功能型传感器。另一类则是非功能型传感器，非功能传感器[9]中光纤的作用是单一的，只是用来传输光纤，对环境的测量要求比较低，适用于环境影响因素偏少的场所。光纤传感器还可以分为波长、光强、偏振和相位调制型，从光信号调制方式的角度来分来的话，在这些传感器中，光强和波长调制型的在测量工程中的使用最频繁；光纤传感器则应用于测量数据有高要求的工程，跟着时代的进步，传感器测量的要求也越来越严格。
如今研究和设计的主要传感器是相位调制型[10]和偏振调制型传感器[11]。因为测试装置的原理和结构不同，相位调制型传感器里有麦克尔逊干涉型、马赫曾德干涉型、赛格奈克和法布里珀罗干涉型传感器。
另外，存在模间干涉型和布拉格光栅型，都是基于相位关系进行检测。麦克尔逊光纤传感器由参考光纤，光源和信号光源组成。
麦克尔逊型当信号光纤和参考臂光纤处于相同的环境中，不受环境因素的影响。
马赫曾德光线传感器有连根光纤组成，其中一根是信号光纤，另外一根是参考光纤，信号光纤的作用是放在要测量的环境中，而参考光纤则放在非测量的环境中；传感器能做到灵敏度高[12]，而且传感器输出了两个信号，所以可以避开向激光腔的光反馈等，但它也具有缺点，一个是需要使用到大量的光纤并且组装复杂；还有是传感器的构成还需要一根光纤作为参考臂，而且通常情况下它不易和测量光栅放置在同一个地方，这样就会让输入输出光纤不对称，从而使得测量的稳定性不够，测量环境也会对传感器有较大的干扰和安装艰难，因此马赫曾德传感器在特殊环境无法应用。
对于法布里珀罗光纤传感器的检测方法，只需单根光纤，光干涉是两束反射光在光纤中相遇所产生的。从光纤中传输到光电探测器的电信号，会因为干涉腔长的变化而变化。法布里珀罗光纤传感器可以体现出光纤的重量轻、小巧以及灵敏性强的特点，但是在计量方面的体现出抗干扰能力略差。因此该传感器还是现在广泛研究和加强设计的传感器。
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