光纤传感器讲课.pptx

使用光纤传感器进行高灵敏度的应变测量在许多应用中非常有吸引力，比如结构健康监测，航空航天，纳米技术。但是其敏感度不够高，而且常见的以光纤为基础的测试设备难以克服温度和应变的交叉敏感性。 最近，深圳大学光电子器件与系统实验室通过实验证明了通过将普通单模光纤通过熔接机制备出带有矩形气泡的高灵敏度应变传感器的方法。这种独特的矩形空气腔制备的传感器具有结构简单，高敏感性，合适的尺寸还有很低的温度交叉敏感性等优点。; 通过这种方法制备的应变传感器在1550um波长附近显示出高的应变敏感性，达到了43.0pm/ uε。而且，这种应变传感器具有低至2.0pm/ uε的温度敏感性，可以获得很低的温度交叉敏感性，可以达到0.046pm/ uε。 将普通单模光纤（SMFs）的端面进行简单的预处理后使用普通的光纤熔接机将光纤的两端连接起来制造矩形空气腔。 ; 制备矩形空气腔的工艺流程示意图; 通过这种方法制得了矩形和椭圆形两种空气腔，并对制得的矩形空气腔和椭圆形空气腔进行对比试验。 将样品的一端固定，另一端被连接到具有10um分辨率的平移台上。在室温下通过移动平移台远离固定端对气泡样品施加一个拉伸应力。在拉应力从0到450uε范围内以50uε的步进增加，测量1550nm附近的边缘倾角的波长改变。; 当拉应力增加时，四个样品的边缘倾角的波长线性的向长波方向改变。通过将实验数据的线性拟合，计算四个样品S1,S2,S3,S4的应变敏感性为3.0 pm/uε，29.0 pm/uε，3.5 pm/uε和43pm/uε。所以，具有矩形空气泡S2,S4的样品的应变敏感性比具有椭圆形气泡的样品S1,S3的敏感性分别高9倍和12倍。这表明，矩形空气腔可以明显的增强其应变敏感性。 为了研究在施加拉伸应变下的应力分布和空气腔的变形，利用上面给出的空气腔的测量尺寸，我们使用ANSYS来建立仿真模型。; 当施加的拉伸应变增加时，如图所示，S2,S4两个矩形空气腔的外表面“A”点的计算应力分别以23.54MPa/uε和46.34MPa/uε的斜率线性的增加，对于S1,S3两个椭圆形空气腔的样品分别则以很低的斜率0.72MPa/uε和1MPa/uε增加。 通过计算在应力增加时，腔体长度的改变后我们发现：; 为了确定其应变敏感性和腔体形状和壁厚的关系，设计具有61um相同腔长的四种不同类型的光纤内气泡模型来定量研究。; 不同模型在不同壁厚条件下的长度敏感性; 对以上数据进行分析，可以看出: （1）对于各种类型的气泡，壁厚越小，应变敏感性越高；（2）不管是矩形还是椭圆形空气腔，有锥形区段的应变敏感性比没有锥形区段的高;(3)总的来说，矩形空气腔的应变敏感性高于椭圆空气腔。 ; 进一步研究其温度敏感性和温度应变交叉敏感性，将矩形空气腔样品S4放入电烘箱，以10℃的步进逐渐将其从25℃升到100℃。 S4样品的反射光谱中的干涉条纹的倾角波长向长波方向以2.0pm/℃的低灵敏度缓慢增加。根据该干涉条纹的温度和应变敏感性，在没有温度补偿的情况下，由温度引起的应变测量误差小于0.046 uε/℃。; 基于表面拉曼散射增强的分子传感器(SERS)和光子晶体光纤探针被广泛的用作化学和生物探测和传感。是由于它们具有独特的优势，例如分子特异性，高分辨、灵活性、而且还具有比较宽的探测区间。但是，探测器的体积较大限制了它们在实验室之外的应用。 University of California研究出了通过将SERS光纤探针和便携式拉曼光谱仪耦合获得更高的灵敏度的改进方案： 第一种方法是便携式TCMMF（尖端镀膜多模光纤） SERS系统，这种方法可以获得比直接采样法的灵敏度高2-3倍，相对于同一级别的笨重的Renishaw拉曼系统。便携式TCMMF SERS系统，采用该标准的套接连接器/物理接触（FC/PC）连接器，不需要镜片和光学调整，而且探针可以重复利用。 第二种方法是高分辨的LCPCF手提SERS系统，它的分辨率相对于直接取样可以提高59倍，比使用Renishaw拉曼系统的高100倍。 便携式的高敏感SERS系统可以提供一个在各种化学，生物，药品和环境探测中非常可靠的实验室外检测技术。 ;TCMMF便携式SERS系统; TCMMF便携式SERS系统在(a)是一个特制的探针盒子将FC/PC连接到发射光纤，收集光纤和探针。激光