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燕 山 大 学 本科毕业设计（论文）中期报告 课题名称：基于液体腔的非本征法布里珀罗温度传感器的研究 学院（系）： 里仁学院 年级专业： 13级光电子一班 学生姓名： 薛绍平 指导教师： 金娃 完成日期： 4月28日 任务书中本阶段工作目标与任务要求 1).第1～2周 ：查阅近技术原理及应用的相关文献 2).第3 ～6 周 :学习的相关内容 3).第7 ～8 周 :并实验获取其 4).第9～12周 :， 最为典型的光纤传感器〔们是将具有良好垂直端面的导入光纤和反射光纤一同置入与光纤外径匹配的石英毛细管内,并使它们严格平行、同轴,两个光纤端面间有十几至数百微米的间距。利用激光或环氧树脂将两根光纤与石英毛细管固定在一起。导入光纤与光源和信号解调系统通过传输光纤连接在一起。反射光纤背端作毛化处理, 这样能消除其反射干扰。两个反射率约为的光纤端面构成了一个的低细度法布里玻罗干涉仪,其中形成的干涉可以等效为双光束干涉。当光纤传感器所敏感的外界温度、压力和应变等物理参量发生变化时,引起两光纤端面间距即光纤传感器腔长改变,通过从返回干涉光信号中解调出腔长信息即可实现相应参量的传感。利用环氧树脂将导入光纤和反射光纤与石英毛细管的两端固定制造传感器的工艺相对简单。但环氧树脂不耐高温,长期受力容易产生蠕变限制了其在温度、压力传感领域的应用。随着激光加工技术的发展,采用激光热熔固定光纤和石英毛细管来制造光纤传感器,其全石英材质热稳定性好,结构坚固。光纤传感器可以通过调整结构来适应不同参量的传感应用,减小不同参量间的交叉敏感。改变一腔长度、反射光纤长度和材质等参数可以调整对物理参量的敏感程度,实现不同灵敏度和动态范围的应用。对于压力和应变应用的光纤传感器,其感受的温度变化ΔT引起的相位变化Δφ必可以表示为 Δφ=4π/λ[(αt -αf)ΔTL+?airΔTG] 其中 af是石英毛细管的热膨胀系数,?air=0.1με/oC是空气的热光系数,L是EFPI两个固定点间距即标距,G是传感器腔长。石英毛细管的热膨胀系数at,与光纤的热膨胀系数af的差异非常小,并且空气的热光系数也很小,使得非温度EFPI传感器对温度的交叉敏感可以控制在极低的水平。 光纤传感器温度传感机理 EFPI光纤温度传感器采用的反射光纤与石英毛细管具有不同的材料热膨胀系数, 当环境温度发生变化,两者纵向长度变化的差异导致腔长发生变化。 温度变化ΔT导致的腔长变化ΔG可表示为： ΔG=( Lgαh-Lfαi-Lfrαr)ΔT≈Lf(αh-αi)ΔT+Lfr(αh-αr)ΔT 1.2光纤布拉格光栅传感器基本原理 Bragg光栅结构 均匀周期光纤Bragg光栅通常简称光纤Bragg光栅((FBG: Fiber Bragg grating)，它是最早发展起来的一种光栅，也是目前应用最广泛的一种光栅，它可反射入射光中某一确定波长的光。其结构如图所示: 光纤FBG是一种光纤无源器件，它利用光纤的光敏性制作而成。所谓光纤的光敏性指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生变化，在纤芯内形成空间相位光栅，光栅会对入射的宽带光进行选择性反射，产生一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带反射光(带宽通常约为U. l-}.5nm)，此中心波长称之为Bragg波长。其实质就是在纤芯内形成一个窄带(透射或反射)滤波器或反射镜，也就是说它只对特定的光具有反射和透射作用。 温度测量是传感器最为典型的应用。长度为G的IFPI传感器所感受的温度变化ΔT引起的相位变化Δφ必可以表示为Δφ=4πnG/λ(αfΔT+?ΔT)其中αf=0.5με/oC是光纤的热膨胀系数为光纤的热膨胀系数。n为光纤纤芯折射率。IFPI光纤传感器能够实现较长的传感光纤段和光纤较大的热光系数使其对温度可以非常敏感。 二、目前已完成任务情况 1.制作液体腔： 概念图 实际器材 第二种是只用一个陶瓷插芯插进陶瓷套管，在套管另一端用AB胶贴上铝箔进项反射光线。 概念图 实际器材 之后我选择使用第二种方案进行测试，主要原因是第一种方案反射面积不够，无法形成有效的反射并且很难形成足够平整的的反射面。而第二种方案相对容易操作也容易实现大面积平整的反射膜。 我的液体腔原本方案是将制作好的腔体放入水槽然后再进入恒温测温度，之后改进方案将腔体放入