A000基于偏芯结构全光纤干涉型传感器研究.docx

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1、书目第一章结论21.1 引言21.2 光纤传感器的基本原理31.3 干涉型光纤传感器介绍5.3.1光纤的分类51.3.2几种传统干涉型光纤传感器71.33干涉型光纤传感器的国内外探讨现状81.3.4干涉型光纤传感器的主要特点和问题91.4本设计的主要探讨内容10其次章干涉型光纤传感器的基本理论Il2.1 几种典型的干涉型光纤传感器的基本原理Il2.1.1 MaCh-ZehndCr(M-Z)干涉仪的基本原理Il光纤法布里-玻罗(F-P)干涉仪的基本原理152.1.2 纤干涉仪的基本原理162.1.4 Sagnac光纤干涉仪的基本原理192.2 干涉型光纤传感器中的几种结构22第三章基于单模徘结构

2、级联偏芯实现温度折射率双参量测量的传感器.263.1 推结构级联偏芯结构的工作原理263.2 传感试验263.2.1 传感器的制作263.2.2 温度特性试验263.2.3 折射率特性试验263.3 本章小结26第四章基于单模锥结构级联双错位熔接实现温度折射率双参量测属的传感264.1 推级联双错位熔接结构的工作原理264.2 传感试验264.2.1 传感器的制作264.2.2 温度特性试验264.2.3 折射率特性试验264.2.4 小结27第五堂总结与展望27参考文献27致谢28第一章绪论1.1 引言光纤传感技术是二十世纪七十年头左右随着光纤通信技术的萌芽而快速建立起来的，通过以光波这一我

3、体并光纤这一媒质，起到具有!知与信号传输的新型传感技术。作为被测量信号教体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有系列独特的、其他教体和媒质难以相比的优点。传盛技术是近几年热门的应用技术,传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和才智化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受者昧。光纤具有很多优异的性能，例如:抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、全量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。偏芯熔

4、接是近年来较为常见的实现模间干涉的方法。在对芯熔接时，信号光会在纤芯内传播，当偏芯熔接时，一部分光会干脆强合进包层，另一部分光仍旧在纤芯内传播，当这两部分光进过耦合器时会发生干涉，进而可以实现传感，错位熔接节（COre-OffSeljoint,简称COJ）具有结构紧凑、稳固和便利制作等优点，并能有效地激发和耦合光纤传播模式，简洁构建一个模间干涉的干涉仪。1.2 光纤传感器的基本原理光纤传感涔通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知，描述光波特征的参址很多（如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等），这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生变更，特殊如温度、压力

5、、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都公使这些参量发生相应变更.光纤传感幽就是依据这些参量随外界因素的变更关系来检测各相应物理量的大小。图1是光纤传感器的结构原理图。光源幸光纤传感元件光纤或调制区图1/光纤传感器的结构原理图光纤传感器按其作用不同可分为两种类型:传光型和敏感型。传光型光纤传感器中的光纤只是作为传光介质，其光路中必需另加其他的传感元件：敏感型光纤传感器中的光纤不仅传光，而且会随外界因素作用使传光特性发生.相应变更。光纤传感器按其检测方法不同主要又可分为两种类型：强度型和相位型，强度型光纤传感器是利用传感对象和光纤中传输光波的

6、光强关系来检测相关物理量的,通常采纳多模光纤,结构相对简洁牢拈。相位型光纤传感得是利用传感对象和光纤中光波相位变更关系,通过干涉的方法测得相移，从而来检测相关物理垃，通常采纳单模光纤组成双光路，结构和技术相对困难，但灵敏度较高。此外，还有光频率调制型和光偏振调制型等类型的光纤传感器0光纤传感涔可分为干涉型和非干涉型，可通过相位，频率，强度和偏振调制等方式实现对不同物理量的测量，详细内容如表1所示：图1-2结构型光纤传感器工作原理示意图图1-3拾光型光纤传感器工作原理示意图拾光型光纤传感着原理：拾光型光纤传感器把光纤作为探头，目的是接收被测对象所辐射的光以及被其所散射或反射的光。辐射式光纤温度传

7、感器、激光多普勒速度计等均是具有代表性的例子。如图1-3所示。1.3 干涉型光纤传感器介绍1.3.1 光纤的分类光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是“光的全反射”。光纤的典型结构是一种瘦长多层同轴网柱形实体更合纤维。自内向外为：纤芯（芯层）T包层一涂覆层（被覆层）。核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介侦光波导，形成对光信号的传导和约束，实现光的传输，所以又将二者构成的光纤称为裸光纤。其中涂凝层又称被覆层，是一层高分子涂层，主要对裸光纤供应机械爱护，因裸光纤的主要成分为二氧化硅，它是一种脆性易碎材料，抗弯的性能差，韧性差，为提高光纤的微弯性能，涂覆一层

8、面分子涂层。光纤结构图如1-4所示。全反射是一种特殊的折射现象，当光线从一种介质I射向另一种介质2时.原来应当有一部分光进入介质2,称为折射光。另一部分光反射回介质1，称为反射光。但当介质1的折射率大丁介质2的折射率，即光从光密介射向光疏介质时，折射角是大于入射角的，所以当增大入射角,折射角也增大，但折射角先增大到90度，此时折射光消逝（入射角叫临界角），只剩下反射光,称为全反射现象，产生全反射的条件是：I、须由光密介质射向光统介质,2、入射角必需大于临界/（!（C）.光纤通信利用的就是全反射的道理，光纤在结构上有纤芯和包层两种不同的介质,光从中心传播时遇到光纤弯曲处，会发生全反射现缴，而保证

9、光线不会泄漏到光纤外。光在匀称透亮的，即使是弯曲的玻璃棒的光滑内壁上，借助于接连不断地全反射，可以从一端传导到另一端.当棒的截面直径很小，甚至到数微米数量级，传导的效果也不变，这种导光的细玻璃丝称光学纤维，简称光纤。光在光纤传输过程中，主要有两种模式:传导模和辐射模。依据光波导原理，要想形成传导模，必需具备条件：Kn2knl,其中E,m分别是纤芯和包U的折射率，是光在纤芯中的传播常数假设光信号被束缚在纤芯中，并且沿光纤轴向无衰诚地传播，则须满意包层中的相速度大于纤芯中光的相速度。假如激励源，光纤本身形态，缺陷等因素使传导模的条件不能成立时，光信号便会形成在包层中2013年，韩伟提出了一种偏芯熔

10、接的方法对传统光纤传感器进行了改进。该方法主要依独将光纤偏芯熔接，激发包层模，利用这点来形成两种不同类型的干涉峰并使其强加，依靠这两种干涉峰对待测参量的不同橄感度来实现双参量同时测量。2014年，童峥昧、韩伟、曹晔口。嘿出一种偏芯熔接的多模光纤传感器,将两端纤芯直径相同的多模光纤偏芯熔接，利用多模光纤纤芯模耦合形成的干涉谷以及纤芯模和包层模耦介成的干涉谷对温度和折射率进行测量。2015年5月，张颖、李晓林、高云磊等人M依据光纤光学传输理论建立了偏芯结构的理论计算模型，通过菲涅耳公式推导出偏芯光纤倏逝波的表达式，进而求出了倏逝波的穿透深度。最终仿真出偏芯光纤中纤芯偏移距离对其模场分布、倏逝波场以

11、及基模有效折射率的影响，为偏芯光纤传感应用供应了理论依据。2015年10月.曹晔、赵晨、至峥蛛网提出并制作了一种马赭增德干涉仪级联光纤布喇格光栅的全光纤传感器，其中i赫塔德干涉仪由两个球形结构组成，起分光器和耦合器的作用.分析了各项结构参量对灵极度的影响，结果表明马赫增德干涉峰和光纤布喇格光栅的透射峰对不同参量的灵敏度不同。1.3.4 干涉型光纤传感器的主要特点和问题光纤传感罂进行物理室的测量具有以下优点。I、适用范围广。光纤传感器是用光纤作为光波载体来探测被测量的，因而能在质量差的环境卜工作，如强磁场，强电场，高温，高压，强腐蚀性等传统传感器难以胜任的地方。因其具有适用范用广的优点。2,敏捷

12、性.由丁光纤及其细，可塑性好，可以做成各种形态的探测器,以适应各种不同的应用场合。所以其敏捷性特别好。3、灵敏度高。光纤传感器技术在很多物理量的测量中表现出极高的灵敏度，尤其是干涉型光纤传感器在当今是最灵敏的一种探测技术。用于位移测量的光纤传感器，其灵敏度可达IoQ的数量级。4,可实现远距树测量.光纤传感器用光纤作为传输介质，光纤具有很好的传导性能，其具有很小的光波损耗，使远距离传输成为现实。1.4 本设计的主要探讨内容本论文基于干涉型光纤传感潺的基本理论，查找相关资料，总结干涉型光纤传感器分类和国内外发展的状况，并且更进一步地，对基于单模锥结构级联偏芯实现温度折射率双参量测量的传感器和基F单

13、模锥结构级联双错位熔接实现温度折射率双参量测St的传感器相关的原理和试验进行了总结和实施.论文针对基于偏芯结构的全光纤传感潜进行了探讨和展望，并Il依据对应传感器进行试验，总结试验数据。论文展望基于偏芯结构的全光纤传感涔的发展趋势和应用前景，在将来其具有广泛的应用前景和应用优势。其次章干涉型光纤传感器的基本理论2.1 几种典型的干涉型光纤传感器的基本原理光纤传感器分为传光型(非功能型)和传感型(功能型)两类，而干涉型光纤传感器就属于传感型的光纤传感器，它同时具有光纤传感器和干涉测量的优点。外部信号作用到干涉型光纤传感涔的传感探测部位(通常是雎模光纤)会引起干涉信号的相位变更，通过检测光信号相位

14、变更引起的输出效果(例如：光强度)变更，就能够获得被探测对象的相关信息。2.1.1 MaCh-Zehnder(M-Z)干涉仪的基本原理Mach-Zchndcr干涉仪原理图如图2-1所示。结构上，MaCh-ZChndCr干涉仪主要由2个3dB耦合器和2段光纤1.l和1.2组成，其中1.l称为信号寓，1.2称为参考W.光源发出的光经耦合器1时被分成2束，一束经过信号骂1.l,一束经过参考臂1.2,然后在耦合器2处发生干涉，在输出端视察干涉图样。经过传输矩阵法分析可得输出端的光强为I1=-y(1+acosi.t)(2-1)2=-y(1-acos(t)(2-2)镜以增加光的耦合程度。依据Mach-Zc

15、hndcr干涉仪的原理，由两个光纤出射的两个激光束在耦合出口处发生干涉，产生干涉条纹，经传感罂接收后将温度变更时干涉条纹的变更规律传输到监视器，通过测量此干涉效应的变更，即可确定外界温度的变更。图2-2全光纤MaCh-ZChndCr干涉仪温度传感器原理图Maeh-ZChndCr干涉型磁传感涔包含2条光纤：一条作为参考咫，另一条作为传感臂.在传感普光纤上外贴一条（或几条）或涂敷一层磁致伸缩材料，如锲条、金属玻璃等。在外界待测磁场中，磁性材料发生磁致伸缩效应，从而引起光纤产生形变，导致光纤中光程及折射率变更，使得光的相位产生位移,通过对信号光纤与参考光纤中的两路光进行相干检测得出光相位位移，经过数

16、据处理最终测得外界磁场大小网。H光源耦合器：一酸性材料耦1器检测器图2-3光纤磁传感冷系统简图全光纤MaCh-Zehnder干涉仪电流传感器的一个普通过细金属套管，并接入电路，通过限制流过金属套管电流的热效应谢整其温度，干涉仪的两臂长差进行调谐，引起干涉光相位的变更，实现了对电流的传感网。图24非等博Mach-Zehnder干涉仪的电流调谐试验示意图全光纤Mach-Zchndcr干涉仪电压传感器的一个普粘贴在压电陶殳上，通过压电陶烧电致伸缩效应，拉伸（或收缩光纤，引起干涉光相位的变更，实现了对电压的传感“其基本原理图与其Mach-ZeImder干涉仪电流传感器原理图类似叫Mach-Zehnde

17、r干涉仪传感器具有结构简洁、造价低廉、灵敏度高等优点，因此具有很大的应用价值。探讨表明，光纤材料，尤其是护套和外包层材料对光纤干涉仪的灵敏度影响极大。比如，利用固定在光纤上的电致伸缩材料（如压电陶瓷），可构成压电传感器：若在光纤上镀以特殊的涂必，则可构成作为特定的化学反应或生物作用的光纤化学传感器或光纤生物传感器等等。Mach-Zchnder干涉仪传感器具有广泛的应用前景，将来的发展值得期盼。光纤法布里-玻罗（F.P）干涉仪的基本原理FP干涉仪主要由平行放置的两块平面玻璃板构成（图2-5）、两块玻璃板G、G相对的内表面有极高的平面度（一般要求表面上各处距志向平面误差不得超过2/40）,两内表面

18、上各处镶有反射率很高的金属膜层或多层介质膜。为了避开G、G板未镀膜外上反射光产生的干扰，两块板都做成略微有点楔形（楔角般为S划）运用时可利用每块板外套压圈上的三个螺钉，将两块板相对的内表面调成相比平行，在两内表面间形成一平行平面空气层。假如两板内表面的问距是固定的，则称为F-P标准具：若G、G的间距可变.则称为F-P干涉仪,如图2-5所示，仙色的扩展淘汰位于透镜1.1的物方焦面上，光源上某点S发出的光线后成为平行尤以小角度入射到板上，在两板镶层平面间来回多次反射和透射，分别形成系列反射光束及透时光束，这一系列相互平行关有疔定光程差的透射光束经4会聚，在与的像面上发生多光束干涉.在透射的诸光束中

19、，相邻两光束的光程差为&-2HhciXiil（2-3）相应的相位差为6=竽hcos（2-4）式中，为G、镀层平面的间距，“是两镀层平面物质的折射率（现为空气，”=1）,r为在两镀必平面间反射光与平面的夹角.当相邻两光束的光程差为波长的整数倍时产生干涉极大值（亮纹）(2-5)2cos=k这些条纹的形态与迈克耳孙干涉仪产生的等候条纹相像,也是同心网环,秘个亮环各对应皆定的倾角i。但由于迈克耳孙干涉足他两光束干涉,而F-P干涉仪是多光束干部所以后者的亮环比前者细锐，若待测光源中包含有两个波氏特别接近的光渤成分,其值分别为2和才=%+A，4i1.,则处于F-P干涉仪的自由光谱范围内.用集距为/的消色差

20、透镜，将F-P干涉仪的干涉条线成像在后焦面上，获得一组同心回环，集个亮环对应肯定的倾角,“，干涉亮环的直径I）和倾角产有如下关系：cosr=/+j-yI磊（2-6）将（4）式代入（3）式，当=1时，可得必叫-哥令2、。,一“表示对应于波长为2的第4级和第h，级的环直径，由上式得(k-m)=2hI2-8)2-9)两式相减得(2-10),MDJ-Do迈克尔逊光纤干涉仪的基本原理MlM2图2-6迈克尔逊光纤干涉仪示意图如图2-6所示，Hc-Ne激光通过耦合透镜进入单模光纤后被光纤耦合器分成强度相等的两束，分别进入参考臂和传感臂中传播。两干涉普中传播的光线经各自光纤端面的反射镜Ml、M2反射重新返回光

21、纤中，当干涉仪两个肾间的光程差小丁光源的相干长度时，两束光在光纤耦合器的另一输出端将发生干涉，.输出的干涉信号进入光电探测器D。这样光电探测器D就给出了干涉强度和两束光光程差之间的函数关系，这就是干涉图。图2-7光纤迈克尔逊干涉相位差与光强的关系图其中，用3dB耦合器和光纤环路反射器分别代替传统迈克尔逊干涉仪的分束罂和全反射铤。此干涉仪最大特点是光路全封闭，光纤两臂可绕成随意形态，结构敏捷，不像分立元件迈克尔逊干涉仪有极高的环境和调整要求。以只有当扫描反射镜移动到肯定的位置，使参考督中从反射镜反射回光纤的光C参考反射光）经过的光程与测量骨中从被测样品界面反射回测量件的光（信号反射光）所经过的光

22、程相同时，两普中的反射光才能发生干涉，确定探测到干涉信号时扫描反射镜的位置，就可以确定样品界面的位置，白光干涉技术的定位精度或空间辨别率取决丁光源的相干长度hp8504精密反射仪的空间辨别率在25Um以下8采纳更宽的光源，白光干涉技术的空间辨别率达到OJum以下，依据干涉信号的强度，仪器可以给出样品界面的回程损耗8本试脸中设计样品的结构,可以便利地获得样品的几何厚度d和光学厚度1.如图所示,用一片两面平行的薄玻璃片08mm和一片厚玻璃片把待测样品夹在中间，组成夹片结构，用光纤跳接线作为测量督光纤，其测显端面与薄玻璃片平行接触，只要操作当心,光纤跳接线的运用对光纤端面和样品表面都不会造成损伤8这

23、样，在测批臂上至少形成三个与光纤跳接线测量端面平行的反肘面A-A面B-B面和C-C参考惜扫描镜扫描一次后在显示屏上将可以获得三个反射峰2.1.4Sagnac光纤干涉仪的基本原理Sagnac光纤干涉仪最典型的应用是光纤陀螺，由于其具有灵敏度高体、积小且无转动部分的优点，受到广泛的关注。在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。通过干涉效应进行检测.就是sagnac光纤干涉仪的基本原理.它的误差来源主要有五个.，一闭锁效应：二是互易性和偏振态：三是偏置和相位调制；四是光子噪声：五是寄生效应。F而逐个对其进行介绍。一、基本原理卜图是SagnaC光纤干涉仪的原理

24、图。用一长为1.的光纤，绕成半径为R的光纤圈。从激光器I发出的激光束由分束镜分成两束，分别从光纤两个端而输入,再从另一个端面输出。两输出光会加后相产生干涉效应，此干涉光强由光电接收器2检测。激光器险测器图2-8SagnaC光纤干涉仪示意图当环形光路相对于惯性空间有转动。时，（设C垂直于环路平面），则对于顺、逆时针传播的光，将产生一非互易的光程差1.=-C（2-11）式中A：光路所包含面积；C:光在真空中的速度；。当环形光路是由N圈单模光纤组成时，对应顺，逆时针光程差为Ao=竺复式中，入是其空中的波长。二、误差来源1）闭馍效应由激光介质的色散、模式牵引和反射键等光学元件对光束的后向散射等缘由，有

25、源环形腔内正、反向行波的频率接近到肯定程度时，将突然变成完全样,即存在一个可能达到的最小频差X.旦频差小于X,就将变为0.因此当输入转速小到肯定程度时，有源环形腔内正、反向行波模对的频率将趋于完全相同。上述现象即为激光陀螺进入锁区，此区域内输入转速不被敏感.缩小锁区、消退锁区及采纳各种偏频方法克服锁区的影响是激光陀螺最为关键的技术。2）互易性和偏振态为精神测量，需使光路中沿相反方向行进的两束相干光，只有因转动引起的非互易相移，而全部其他因素引起的相移都应互易。这样所对应的相移才可抵消，一般是实行同光路、同模式、同偏振的三同措施。3）偏置和相位调制干涉仪所探测到的光功率为匕=（=）%+coSAe

26、）式中，PD为输入的光功率：e为待测的非互易引起的相位差。可见对于慢转动（即小Ae）,检测灵敏度很低。为此，必需对检测信号加一个相位差偏置A外，其偏置量介于PD的最大值和最小值之间。4）光子噪声在Sagnac光纤陀螺中，各种噪声甚多,大大影响了信噪比S/N.次这是一个必需重视的问题，其中光子噪声属基本限制噪声的大小与入射到探测器上的光功率有关。现按直流偏厘计算其大小。在时间T内探测罂上收到的平均光子数为=（2-12）2hv其标准偏差按泊松分布b=麻。故相位噪声的根均方值为(2-13)式中B=1/7为接收器带宽，5）寄生效应的影响1）干脆动态效应：作用与光线上的温度及机械应力，会引起光纤中传播常

27、数和光线的尺寸变更，这在接收器上引起相位噪声。互易定理只适用于是不变系统，若扰动元对系统中点对称，则总效果相消。因此应尽量避开单扰动元兆端，并应阳意光纤圈的绕制技术。（2）反射及Raylcigh背向散射：由丁光纤中产生的Rayleigh背向收射，以及各端面的反射会在光纤中产生次级波,它们与初级波会产生相干段加，这将在接收器上产生噪声。下图为回路中主波和反射波示意图。（3）Faraday效应：在磁场中的光纤圈由于Faraday效应会在光纤陀螺中引起噪声：引入非易圆双折射（光振动的旋转方向与光传播方向有关），叠加在原有的互易双折射上。这影响的大小取决于磁场的大小及方向。例如，在地磁场中，其效应大小

28、为100h,较有效地消退方法是把光纤系统放在磁屏蔽盒中。4）光Kerr效应：光Kcrr效应是由广场引起的材料折射率变更。在单模光纤中这意味着导波的传播常数时间波功率的函数。在光纤陀螺的状况下，对于熔石英这种线性材料，当正、反两列广播的功率差IOnW时，就足以引起（对惯性导航）不行忽视的误差。2.2干涉型光纤传感器中的几种结构光纤陀螺光纤陀螺分干涉型、谐振型和布里渊型,干涉型光纤陀螺是第代，技术上己经趋成熟，正处推动批量生产和商品化阶段：谐振型光纤陀螺是其次代,处于忒验室探讨向好用化推动的发展阶段：布里渊型是第三代，尚处于理论探讨阶段。光纤陀螺结构依据所采纳的光学元件有三种实现方法:小型分立元件

29、系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件方案已经堪本消逝，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺以工艺简洁，总体重熨性好、低成本成为国际中高精度光纤陀螺主要方案.光纤陀螺主要由光源、探测器等有源器件和光纤耦合涔、相位调制器等无源器件以及光纤组成。国外从1976年起先探讨，到兔年头中期已经仃各种精度的光纤陀螺出传，领先在航天及军事领域获得应用，目前很多产品已经应用于民用&机和汽车工业。国内在保偏光纤、耦合罂、多功能集成光学调制器（Y波导）等领域已经取得较大成果，接近或达到国际先进水平。在光源方面还在探讨，在试验室条件卜超放射激光二极管能够满意要求，在工程应用还

30、存在牢兼性和温度特性等问题.限于半导体技术，目前国内主要探讨集中在130Onm波段.国内和国外差距主要是在产品化上，技术不成熟，没有形成大规模生产实力；元器件的性能和生产实力有待提升。西安飞杪光电研发主管米磊对光纤在线表示:“我国己经地产千分之一精度的光纤陀螺，目前主要用于导师等中低精度领域，用于机载的高精度光纤陀螺正在研发。航天时代集团光纤陀螺年销售额已经超过2亿元,全国有不少企业在这个领域发展，主要集中在中精度领域。目前核心器件的相位调制器，主要由北京世维通公司生产，重庆44所也在生产，西安光机所也在研发。光纤绕环一般是各家厂商自产，武汉长盈通公司特地做光纤绕环.1.ED光源主要是武汉光迅

31、，深圳飞康等厂商生产J可以预料，光纤陀螺将在中低精度和中高精度领域渐渐取代传统的机电陀螺,将来在航天、军事、汽车等领域具有巨大的发展潜力。光纤水听器光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器，它通过高灵根度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统转换为声信号信息。相比传统水听器具有灵敏度高、响应带宽宽、不受电蹂干扰等特点，广泛用于军事和石油勘探,环境检测等领域，具有很大的发屣潜力。光纤水听罂按原理可分为干涉型，强度型，光栅型等。干涉型光纤水听器美钺技术己经逐步发展成熟，在部分领域形成产品：光纤光栅水听器则是当前探讨热点。探讨的关俊技术涉及光源、光纤

32、器件、探头技术、抗偏振衰落技术、抗相位衰落技术、信号处理技术、多路第用技术以及工程技术等。光纤水听耦探讨始于上世纪70年头末美国海军试脸室，各发达国家相继投入了大量人力物力做探讨，取得了很多成果。在军事应用上，随着潜艇噪声降低，电声纳探测灵敏度接近极限值，光纤水听器将大有用武之地“我国的光纤水听器探讨也已取得较大进展，在一些技术指标上达到国际水平，但主要处于理论和试脸阶段，好用化、工程化光纤水听器还未见报道。光纤光栅传感耦光纤光栅传感器尤其是光纤Bragg光栅传感器是最近几年国内外传感器领域的探讨热点。传统光纤传感器绝大部分属于光强型和干涉型，光强型传撼器存在光源不稳定，光纤损耗和探测器老化等

33、问题，干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强相等须要固定参考点应用不便。以光纤布拉格光栅为生的光纤光栅传感器传感信号为波长调制以及复用实力强，避开了上述传统光纤传感器存在的问题.在建筑健康检测、冲击检测、形态限制和振动阻尼检测等应用，光纤光栅传感器是最志向的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、船舶航运、民用工程结构、电力工业、医药和化学传感中有广泛的应用。光纤光栅传感蹲探讨方向主要有：（1）对具有高灵敏度、高辨别率，且能同时感测应变和温度变更的传感器探讨：（2）开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术系统探讨；（3）实际应用探讨，包括封装技术、温度补偿技术、传感器网络技术。目前某些类型

34、的光纤光栅传感器已经商业化，但在性能和功能方面须要提高。但可以说，光纤光栅传感技术已经向成熟阶段接近。我国对光纤光描传感潜探讨相对较晚，但已经有较大发展，随着好用、廉价的波长解调技术进一步发展完善，光纤光栅传感器将有广袤的发展前景。北京拓普光研的沈旷轶经理表示，光纤光栅传感器主要应用于油罐测温、上方测应力，电力设备测温等市场，处于小公司割据的状态，理工光科和晶傲光电等公司做的相对较大.以拓普光研10年行业阅历分析，今后35年光纤光栅传感器市场将是分行业、分地域的中小型公司占据。大型电信设备制造商目前爱好主要在广电的宽带市场，短哲不会考虑进入这领域。光纤电流传感器电力工业的迅猛发展带动电力传输系

35、统容量不断增加，运行电压等级越来越高，不得不面临强大电流的测量问题。在高电压、大电流和强功率的电力系统中，以电磁感应为堪础的传统电潦传感器（简称CT）暴露出一系列严峻缺点：爆炸引起灾难性事故：大故障电流引起铁芯磁饱和：铁芯共振效应；滞后效应；精度不高：易受干扰：体积大、重量大、价格昂货等，已经难以满意新一代数字电力网的发展须要。光纤电流传感器成为解决上述难题的最好方法。沈经理认为光纤电潦传感器衍生自光纤陀螺仪的技术方案，是军用技术民用化的例子，现在技术方案还都没有定里，处于摸索-定型再摸索阶段。武汉长盈通技术总监汪洪海博士表示，光纤电流传感器市场目前国内有34个厂家有小批量出货，今年的国家电网

36、招标状况也许在100O个左右。相对来说，用量还是很小。当前町碍真正规模运用的还是其稳定性，尤其是温度稳定性。将来发展趋势福建设博士认为，光纤通信的迅猛发展带动新型光器件和材料的不断涌现，为光纤传感系统的开发供应了必要的基础。光纤传感技术30多年来的发展已经取得了长足的进步，主要体现在：进入了好用化阶段：新的传感原理不断出现。但是发呈现状仍旧远远不能满意实际须要，还有很多待探讨的课题：（I）实用化探讨，尤其是性价比：（2）应用探讨：（3）新型光纤传感器的探讨：（4）新型极感材料的探讨，新型专用光电子器件探讨。因此，光纤传感器的可能发展趋势有：（1）以传统传感器无法解决的问题作为光纤传感器的主要探讨对象：（2集成化光纤传感器：（3）多功能全光纤限制系统；（4）开拓新领域。第三章基于单模锥结构级联偏芯实现温度折射率双参量测量的传感器3.1 锥结构级联偏芯结构的工作原理3.2 传感试验3.2.1 传感器的制作3.2.2 温度特性试验3.2.3 折射率特性试验3.3 本章小结第四章基于单模锥结构级联双错位熔接实现温度折射率双参量测量的传感器4.1 锥级联双错位熔接结构的工作原理4.2 传感试验4.2.1 传感器的制作4.2.2 温度特性试验4.2.3 折射率特性试验4.3本章小结第五章总结与展望参考文献