保偏光纤传感器压力温度同时探测的理论研究

论文摘要

光纤传感器是世界上兴起的一种新型传感器,而保偏光纤又是现在广有应用前景的光纤,基于偏振模耦合原理的光纤传感器具有较高的测量灵敏度,在一些需要高精确度的特殊场合可以提高测量的精确度。压力和温度是经常需要测量的环境因素,本文介绍了保偏光纤在受压力作用时的偏振耦合原理,得出了偏振耦合系数与压力的关系表达式。同时光纤本身对温度并不是很敏感,金属的膨胀系数要比光纤的大得多,因此可以利用金属的膨胀产生的热应力转化为对保偏光纤的压力来测量温度的变化量,得出了偏振耦合系数与温度变化量的关系表达式。对得出的理论推导进行了计算机模拟,确定了其他条件固定时耦合系数最大时压力与保偏光纤快慢轴的方向夹角和压力大小与耦合系数的曲线,以及热应力的大小与温度变化量的曲线,分析了耦合系数与温度变化量的曲线。在考虑线性度和测量范围的情况下得出了偏振耦合系数与压力温度变化量的近似表达式。并且比较了几种光纤光栅,得出布拉格光纤光栅与之实现压力温度变化量的同时测量比较合适。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文结构
• 第二章 保偏光纤传感器相关简介
• 2.1 光纤传感器简介
• 2.1.1 光纤传感器的特点及优势
• 2.1.2 光纤传感器的调制类型
• 2.2 光的偏振特性
• 2.2.1 偏振光
• 2.2.2 偏振光的琼斯描述
• 2.2.3 偏振耦合的邦加球解释
• 2.3 保偏光纤简介
• 2.3.1 光纤简介
• 2.3.2 保偏光纤的线性双折射
• 2.3.3 PMF 的基本参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 压力温度同时探测的理论分析
• 3.1 保偏光纤产生偏振耦合的原因
• 3.1.1 光纤内部干扰因素
• 3.1.2 外部干扰因素
• 3.2 保偏光纤的偏振耦合理论
• 3.2.1 压力对偏振耦合的影响
• 3.2.2 温度对偏振耦合的影响
• 3.3 几种参考光栅的基本理论
• 3.3.1 布拉格光纤光栅
• 3.3.2 长周期光纤光栅
• 3.3.3 保偏光纤光栅
• 3.4 本章小结
• 第四章 数值模拟与分析
• 4.1 耦合系数参数分析
• 4.2 耦合系数与压力关系
• 4.3 耦合系数与温度变化量关系
• 4.4 参考光栅的选取
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的文章