基于马赫-曾德尔干涉的球形结构光纤温度传感器开题报告

1. 研究目的与意义

自上世纪70年代开始到第一根低损耗石英光纤诞生到如今的四十多年间，光纤理论的研究与相关制作技术得到了飞速的发展，光纤作为一种全反射原理的光信号传输媒质，其本身具有许多优点：体积小、重量轻、成本低、耐腐蚀等等。光纤传感技术就是以光纤为传输媒介，光波为信息载体，通过改变外界环境（如折射率、应变、压力、温度、弯曲、磁场、湿度、加速度、震动、液位、气压等）的改变所带来的光波在光纤传播中的特征参量（波长、相位、强度、偏振、频率等）的变化，实现对外界环境进行相应传感测量的技术，在信息传输方面具有明显的优势。

光纤传感器因划分方式的不同有多种不同的分类方式。由被测对象的不同：通过测外界物理量如温度、折射率、应变、液位等，将其划分为光纤温度传感器、光纤折射率传感器、光纤应变传感器、光纤液位传感器等。由工作原理的不同，可分为光纤光栅型、光纤干涉型。干涉型光纤传感器，又被称为相位调制型光纤传感器，其精度和灵敏度较高，应用领域也非常的广泛，并且干涉型光纤可以分为四种：马赫-曾德尔干涉仪传感器、法布里-珀罗干涉仪传感器、迈克尔逊干涉仪传感器和萨格纳克干涉仪传感器。

其中马赫-曾德尔和法布里-珀罗的光纤传感器具有极好的传感性能，被广泛应用于各种物理量如温度、应变、压力等的测量，作为新型光纤传感器的主流发展方向之一有着很高的实用价值，有利于其今后的推广。

光纤马赫-曾德尔干涉仪中的光束是单向光，后向散射光、反射光与信号是相反的方向，对信号光的干扰小，探测的干涉精度高，可以探测到10^-13m的位移。马赫-曾德尔光纤传感器具有制备简单、所需的设备比较便宜、灵敏度高、响应速度快、体积小、动态范围大等优点，正因为这些优点，光纤马赫-曾德尔干涉仪受到国内外研究者的广泛关注与研究，并被应用于物理、生物、化学等领域的传感测试。常见的光纤马赫-曾德尔干涉仪分为三类，即：（1）基于级联两个长周期光栅的马赫-曾德尔干涉仪；（2）基于全单模光纤内用熔接机或激光刻蚀的方法制备微结构的马赫-曾德尔干涉仪；（3）基于普通单模光纤和特殊光纤结合形成的马赫-曾德尔干涉仪。

本课题是基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的工作原理通过在单模光纤上熔接两个球形结构作为耦合器制备的一种传感器。与传统传感器相比，该传感器结构和制作工艺上都较为简单，成本低，体积小，是一种非电类温度传感器。

2. 研究内容和预期目标

一.研究内容

1、光纤马赫-曾德尔干涉仪的原理

光源发出的光在光纤中传输经过耦合器1后分为两束，一束进入传感臂中传输，其中传感臂与外界被测参量接触，传感臂中光信号的某些特征参量会受到外界环境的影响，而参考臂中光信号的特征参量不会受到影响，当两束光在耦合器2中相遇后会发生干涉，光探测器通过检测干涉信号可以解调出被参测参量的信息。

2、球形结构

3. 研究的方法与步骤

掌握马赫-曾德尔的基本原理，改变温度或其他物理量进行了分析比较和实验。最后结合理论分析和实验结果，讨论实验过程中会出现的各种因素及误差对实验结果产生的影响，查看一下灵敏度的变化，分析传感性能是通过光谱分析仪，对输出信号的解调进一步展开研究，得出测量球形结构光纤温度传感器温度时温度与波长的关系。

通过光谱仪，对观察到的光谱图进行进一步的分析研究，总结外界温度与波长之间的关系。

在球形结构干涉仪制备过程中要利用熔接机的放电融熔技术，其过程可分为以下的几步：

1、将单模光纤的涂覆层剥掉，剥掉的涂覆层的长度要适中。

4. 参考文献

[1] 梁明玉，郎婷婷.基于马赫－曾德尔干涉的球形结构光纤温度传感器[j].光电子· 激光，2016（12）：1256-1259

[2] 卞继城，郎婷婷.基于马赫－曾德尔干涉的温度和应变同时测量的光纤传感器研究[j].光电子· 激光，2015，26（11）：2169-2174

[3]段丹阳，程进.基于光纤法布里-珀罗干涉仪的温度传感器[j].传感器与微系统，2017，36（4）:124-127.

[4] 曹丽丹, 刘昕.基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的压力和温度传感实验[j].光学与光电技术, 2016, 13(3):34-37.

5. 计划与进度安排

3.1--3.20，根据论文题目进行调研，按照指导教师所下任务书的具体要求，积极做好论文前期准备工作。

3.21—3，31，熟悉课题背景，在设计初期阶段进行认真调研，查阅10篇以上文献资料并在开题报告中引用，在调研和充分理解课题内容和要求的基础上，写出开题报告，并完成外文翻译。

4.1--4.20，开展课题工作，详细设计需求，设计出总体方案，完成课题的主要实验工作。

4.21--5.20，根据实验结果，总结实验内容，在导师的指导下，进一步分析整理资料，完成论文初稿，并提交初稿进行下一步的修改。