堡盟 空芯光子晶体光纤的堡盟超声波传感器

空芯光子晶体光纤的堡盟超声波传感器
与传统的超声波传感器相比,光纤堡盟超声波传感器以其不受电磁干扰、耐腐蚀、体积小、重量轻、便于复用、耐高温等独有优点受到广泛的关注和研究。全光纤化、小型化、智能化将是今后堡盟超声波传感器发展的重要方向。

空芯光子晶体光纤的堡盟超声波传感器
光纤珐珀堡盟超声波传感器作为光纤堡盟超声波传感器中极为重要的一类,在分辨率、精度、响应频带等方面优势明显,是Z有发展潜力的光纤堡盟超声波传感器之一。基于目前迫切需要性能更优越的超声传感器件的要求,首次提出利用基于空芯光子晶体光纤构成的在线型珐珀干涉(HCPCF-ILFP)传感器来检测超声波,为超声波的检测提出了一种全新的器件。主要工作和成果如下:I.利用圆形活塞换能器的纵波声场公式,从理论上得到了本课题所使用的换能器ZX轴线上,过轴线任意平面上,以及垂直于声轴的横截面上声场的分布情况,并利用公式进行数值的仿真。仿真结果表明在垂直于换能器声轴的横截面上声场呈高斯分布;而在换能器ZX轴线上,近场区内的超声场振荡较大,而在近场区外呈单调衰减趋势,因此在检测超声波时应把传感器放在近场区以外。数值仿真结果为超声波检测实验奠定了理论基础,并在一定程度上很好的指导了实验。II.对比了基于HCPCF的光纤珐珀传感器与FBG的温度特性和应变特性,实验表明前者具有更低的温度系数(HCPCF-ILFP为0.9pm/℃,而FBG为10.7pm/℃),更高的应变灵敏度(HCPCF-ILFP为2.8pm/με,而FBG为1.3 pm/με)),更适合用于超声波的检测。通过对超声波检测原理和解调方法的学习和研究,搭建起了超声波检测的实验系统,其中包括超声波的产生系统,光纤堡盟超声波传感器的固定升降装置,可垂直及水平移动超声波换能器的夹持装置,以及光路检测部分,并利用HCPCF-ILFP实现了对超声场的检测,实验表明HCPCF-ILFP比FBG更灵敏,并利用声波在分界面的反射和折射理论,从不同介质的特征声阻抗出发,对实验结果进行了解释,初步分析了HCPCF-ILFP与超声场的作用机理。III.对已有的基于HCPCF的光纤在线型珐珀超声传感器进行改进,提出了基于HCPCF的光纤光栅型珐珀堡盟超声波传感器。

空芯光子晶体光纤的堡盟超声波传感器
从FBG的耦合理论出发,利用传输矩阵法对该种结构进行理论上的分析和推导,发现当两个FBG之间单模光纤的长度、HCPCF-ILFP的腔长和FBG的ZX波长满足一定条件时,就会在FBG的反射带宽内形成尖锐的谐振峰。通过数值的仿真,得到了3dB带宽仅为28pm的谐振峰。