光子晶體光纖液壓傳感技術研究進展

劉華北, 周雁, 邵杰, 管祖光, 陳達如?

(1 浙江師范大學杭州高等研究院, 浙江 杭州 311200;2 浙江師范大學信息光學研究所, 浙江 金華 321004)

0 引 言

光纖傳感器因具有結構緊湊、靈敏度高、防電磁干擾等優點,受到各行業的廣泛關注[1]。特別是在一些惡劣工作環境中,如高溫、高濕度、電磁輻射等,光纖傳感器相對于傳統的電氣類傳感器表現出了更加良好的穩定性[2]。此外光纖傳感器還適用于爆炸性或腐蝕性環境中,如地下煤礦,海上油井等[3]。光纖傳感器的出現為這些行業從惡劣的工作環境中獲取傳感信息提供了新的機會。

光纖液壓傳感器在各工業領域具有重要的應用價值。光纖布拉格光柵(FBG)傳感技術是最早發展的較為成熟、可靠的光纖傳感技術,通常用于壓力、溫度等物理量的測量[4,5],其低傳輸損耗和防電磁干擾的特性可以使光纖液壓傳感器進行遠距離測量,然而單模光纖FBG 的液壓傳感器的靈敏度僅為3.04 pm/MPa 左右[6],不能滿足很多實際應用的需求。為進一步提升探測靈敏度,光纖干涉技術被應用到液壓傳感中,如利用Fabry-P′erot(FP)干涉或Mach-Zehnder(MZ)干涉與單模光纖相結合構造出高靈敏的液壓傳感器[1]。然而由于單模光纖結構簡單,限制了液壓探測的靈敏度和分辨率。新型特種光纖的出現為得到更高靈敏度提供了新的窗口。光子晶體光纖(PCF)具有特殊的導光機理,其橫截面具有高度靈活的設計空間,因此有望獲得更高的液壓敏感度[7]。同時PCF 液壓傳感器繼承了傳統的測壓辦法,如光柵法和干涉法,其中光柵型液壓傳感器通過光柵反射波長的漂移反映出壓力的變化,PCF 具有更高的軸向應變,因此對液壓變化更加敏感。……