光纤传感器应力传感研究
摘 要
无论是在大型建筑工程还是精细结构的监测中，应力传感都是一个极为重要
的部分。光纤应力传感器作为应力传感器的一种，展示出了强大的生命力和广阔
的发展前景。而基于波长编码的光纤传感器，由于不受光强波动的影响，并且易
于实现波分复用而在光纤传感器中脱颖而出。
本文提出了一种基于Mach-Zehnder滤波器结构的光纤应力传感器。该传感器具有波长编码的特性。研究了它的单通道和多通道两种传感模型，而单通道传感模型又分为滤波器单臂粘贴在悬臂梁上和双臂粘贴的两种模型。其中多通道传感器就是一个小型的波分复用系统。本文从理论上分析了Mach-Zehnder滤波器的应力敏感特性，并对影响其敏感特性的因素进行讨论。在理论分析的基础上，搭建光路从实验上对其可行性进行验证，并对影响实验结果的因素进行了分析。
关键词：光纤Mach．Zehnder滤波器；应力传感；波长编码；悬臂梁
Abstract
Whether in large construction projects or the fine structure of the monitoring, stress sensing is a very important part of. fiber stress sensor as a stress sensor, demonstrating a strong vitality and broad prospects for development. The fiber optic sensor based on wavelength encoding, the absence of any light intensity fluctuations, and easy to the achievement of WDM in fiber optic sensors stand out.
This paper presents a filter structure based on Mach-Zehnder optical stress sensor. The sensor has a wavelength encoding features. Study of its single-channel and multi-channel two kinds of sensor models and the single sensor model is divided into the filter attached to the cantilever arm and the arms paste on two models. One sensor is a small multi-channel WDM system. In this paper, theoretical analysis of the Mach-Zehnder filter characteristics of the stress-sensitive, and the factors affecting the sensitive nature of discussions. In the theoretical analysis, based on the structures on the light path from the experimental verification of its feasibility, and the factors that affect the experimental results were analyzed.
Keywords: fiber optic Mach. Zehnder filter; stress sensor; wavelength encoding; cantilever
目 录
第一章 绪 论 4
1.1光纤传感技术原理 4
1.2光纤传感技术特点 5
1.3光纤传感技术的应用 5
1.4光纤传感技术的研究现状及发展趋势 6
1.5本论文研究内容 7
第二章 光纤应力传感器 8
2.1光强调制型光纤应力传感器 8
2.2干涉型光纤应力传感器 8
2.2.1 迈克尔逊相位调制型 9
2.2.2马赫．曾德尔相位调制型 9
2.2.3 萨格纳克相位调制型 9
2.2.4法布里．珀罗相位调制型 10
2.2.5白光干涉型光纤应力传感器 10
2.3偏振型光纤应力传感器 11
2.4光纤光栅应力传感器 11
2.4.1布拉格光纤光栅(FBG)应力传感器 11
2.4.2长周期光纤光栅(LPFG)应力传感器 12
2.4.3啁瞅光纤光栅(CFBG)应力传感器 12
第三章 Mach-Zehnder滤波器应力传感的理论分析 13
3.1 Mach-Zehnder滤波器的基本原理 13
3.1.1 基本原理 13
3.1.2影响Mach．Zehnder滤波器输出功率谱的因素 14
3.2 基于悬臂梁结构的Math．Zehnder滤波器应力传感原理 15
3.2.1 滤波器一臂粘贴在悬臂梁上的应力传感 15
3.2.2 滤波器双臂粘贴在悬臂梁上的应力传感 16
3.2.3 温度变化对M．Z滤波器的影响 18
第四章 单通道Mach-Zehnder滤波器应力传感的设计和测量 20
4.1 Mach．Zehnder滤波器的制作 20
4.1.1 光纤耦合器的制作 20
4.1.2光纤Math．Zehnder滤波器的构成 22
4.2 Math．Zehnder滤波器应力传感的实现 22
4.2.1单臂粘贴在悬臂梁上的应力传感 22
4.2.2双臂粘贴在悬臂梁上的应力传感 27
第五章多通道Mach-Zehnder滤波器应力传感研究 30
5.1 多通道Mach．Zehnder滤波器应力传感器的系统构成 30
5.1 实验结果 32
第六章 影响实验结果的因素 34
第七章 总结与展望 37
参考文献 38
致 谢 42
