摘 要

随着通信技术的发展，光纤通信技术这门学科的地位越来越重要，光纤传感技术也在如国防、工业、航空、医学等高科技行业得到大量应用。而光纤F-P传感器作为光纤传感器的重要组成部分，自然是光纤传感器研究的重点，如何更加高效地制备具有高灵敏度和高线性度，且性能稳定的传感器一直是研究的热点。

本文研究了一种使用HF腐蚀法制备的全石英光纤Fizeau腔压力传感器，具有较高的灵敏度和良好的线性度。介绍了光纤压力传感器的基本原理和发展历程，分析了本征光纤F-P传感器和非本征光纤F-P传感器之间的差异，并了解了光纤Fizeau腔传感器与光纤F-P腔传感器之间的关系，之后分别对光纤熔接技术、光纤显微切割技术、薄膜腐蚀方法、基于活塞式压力计的静态标定技术进行了说明，并对详细实验过程进行了详细阐述，制备出的光纤压力传感器的灵敏度0.55412Deg/Mpa，线性度为0.97885，且稳定性好，最后对光纤压力传感器的应用前景作了简要介绍。

关键词：光纤F-P压力传感器；空心光纤；单模光纤；Fizeau腔

Abstract

With the development of communication technology, optical fiber communication technology is becoming more and more important. Fiber optic sensing technology is also widely used in high-tech industries such as defense, industry, aviation, medicine and so on.The fiber F-P sensor is an important part of the fiber optic sensor, which is the focus of the research on the fiber optic sensor. How to prepare the sensor with high sensitivity and high linearity and stable performance has been the hotspot.

In this paper, a full-quartz fiber Fizeau chamber pressure sensor prepared by HF etching is studied, which has high sensitivity and good linearity.The basic principle and development course of the fiber optic pressure sensor are introduced. The difference between the intrinsic fiber FP sensor and the non-intrinsic fiber FP sensor is analyzed. The relationship between the fiber Fizeau cavity sensor and the fiber FP cavity sensor is also discussed. The technology of optical fiber welding, optical fiber microdissection, thin film etching method, static calibration technology based on piston pressure gauge are described, and the detailed experimental process is described in detail. The sensitivity of the prepared fiber pressure sensor is 0.55412Deg / Mpa , The linearity is 0.97885, and the stability is good. Finally, the application prospect of the fiber pressure sensor is briefly introduced.

Key words: fiber F-P Pressure Sensor ；hollow Fiber ；single Mode Fiber ；fizeau Cavity

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 光纤F-P腔压力传感器的研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本论文的主要内容 2

第二章 光纤F-P传感器的基本原理 4

2.1 光纤F-P传感器 4

2.1.1 本征光纤F-P传感器 5

2.1.2 非本征光纤F-P传感器 6

2.2 光纤Fizeau腔传感器 7

2.3 信号解调 8

2.3.1 信号解调电路 8

2.3.2 解调软件 9

2.3.3 干涉信号解调分析 11

第三章 光纤F-P压力传感器的制作步骤 13

3.1 空心光纤的结构及传播损耗 13

3.2 单模光纤与空心光纤的熔接分析 13

3.2.1 光纤熔接过程 13

3.2.2 光纤熔接参数优化过程 14

3.3 光纤的显微切割过程 15

3.4 薄膜的制作过程 17

第四章 压力标定试验及传感器应用前景分析 20

4.1 基于活塞式压力计的压力传感器静态标定实验 20

4.2 光纤压力传感器的应用前景分析 21

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪论

1.1引言

光纤主要是作为光线的传输介质来实现信息的传递，但是早期由于技术原因，光在光纤中传播时损耗较大而不适合长距离通信的使用，但是随着光纤制备技术的发展，低损耗的光纤出现解决了这一问题，光纤也因此成为现代社会信息传递的主要媒介之一。经过研究发现，光纤的用途不止是传像这一用途，当光波在光纤中传输时，光纤以外的环境因素（压力、温度等等）会对光波的本身具有的一些参量产生影响，而我们可以通过分析光波这些参量的变化信息，得到我们想要知道的外部环境的信息，所以光纤也能作为传感器的制作材料，这就是光纤传感器。

随着通信技术的发展，光纤通信技术这门学科的地位越来越重要，光纤传感技术也在如国防、工业、航空、医学等高科技行业得到大量应用。传统的电类的传感器，因为其主要传感介质是金属，所以电类传感器主要的缺点是抗干扰能力较弱和耐腐蚀性弱，容易受环境因素的影响。而光纤传感器与传统的传感器相比，其具有独特的优势：

（1）光纤材料大多是石英，所以材质本身隔绝了电磁的影响，自身不导电，与金属相比性质更加稳定，不会与大多数的酸或碱发生反应，避免了环境污染。光纤传感器利用光波传输信息，光纤本身对光线的密封性好，不会对其他传感设备产生影响，这使得它在各种特殊行业的恶劣环境下能有效地工作。