干涉型微結(jié)構(gòu)光纖傳感器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光纖傳感器因具有靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、壽命長、本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)、安防監(jiān)控和結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用價(jià)值。其中，光纖法布里-珀羅干涉型(FFPI)傳感器，因其結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，一直是光纖傳感器的研究熱點(diǎn)?；趯?shí)驗(yàn)室承擔(dān)的國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“新型煤與瓦斯突出高靈敏度寬頻響微震監(jiān)測(cè)儀”和公安部技術(shù)革新重點(diǎn)項(xiàng)目“***光纖麥克風(fēng)”，本文設(shè)計(jì)了兩種靈巧型的FFPI傳感器，分別用于加速度和聲壓的檢測(cè)。
　　

2、論文提出了一種基于光纖微氣球腔的本征型光纖加速度傳感器的設(shè)計(jì)方案:用氫氟酸對(duì)光纖進(jìn)行腐蝕以在纖芯形成一個(gè)凹槽，熔接機(jī)的電極對(duì)凹槽進(jìn)行放電，使之閉合膨脹后在光纖末端形成微氣球腔。利用該微氣球腔的第一端面和第二端面的菲涅爾反射便可形成F-P干涉。經(jīng)大量的腐蝕和放電等工藝的探索，形成的FFPI腔的腔長約為142μm，壁厚約1μm，干涉譜的消光比達(dá)18dB。在光纖F-P腔上加載一個(gè)8.9g質(zhì)量塊后，測(cè)得其諧振頻率在1520Hz，3dB頻寬范圍為

3、856Hz;激勵(lì)信號(hào)在1mg到10mg范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓加速度靈敏度為14.16V/g，線性度為0.9992;在706Hz頻率處加2mg激勵(lì)時(shí)，信噪比為40dB，即可計(jì)算出，在該頻率下此加速度傳感系統(tǒng)的最小可檢測(cè)加速度為20μg/√Hz;傳感器工作在20℃～100℃溫度范圍內(nèi)時(shí)，溫度靈敏度為1.7pm/℃，即溫度對(duì)加速度測(cè)量的交叉影響很小。
　　論文中還設(shè)計(jì)了一種基于光纖端面和鋁-聚酰亞胺(Aluminum-Polyimide，A

4、l-PI)波紋薄膜形成的F-P干涉型聲壓傳感器:基于光刻工藝和磁控濺射鍍膜技術(shù)，制備了帶有波紋的Al-PI薄膜，有效地降低了薄膜內(nèi)殘留應(yīng)力，提高薄膜對(duì)聲壓的靈敏度，形成的聲壓傳感器前端直徑僅有2mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:傳感器在2.6kHz頻率處在100mPa的聲壓信號(hào)激勵(lì)下，信噪比可達(dá)50dB，即在該頻率下此聲壓傳感系統(tǒng)的最小可檢測(cè)聲壓為0.32mPa/√Hz;在1.2kHz單音聲壓激勵(lì)下，傳感器在10mPa到1000mPa聲壓范圍內(nèi)，線性