【摘 要】
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随着光电子器件的逐步成熟和工程需求的持续推动,光纤F-P（Fabry-Perot）光纤传感器由于其结构简单,体积小,耐腐蚀性,灵敏度高等特点,在温度测量方面被认为具有广泛应用前景。当前,在深海、深地等恶劣环境下实现高分辨率的测量仍然具有挑战性。本文从光纤F-P温度传感器设计与解调方面两方面入手,进行系统研究,提出了基于热膨胀芯光纤提高干涉条纹对比度和高分辨率解调算法,最终实现了一种高分辨率的光纤F
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随着光电子器件的逐步成熟和工程需求的持续推动,光纤F-P（Fabry-Perot）光纤传感器由于其结构简单,体积小,耐腐蚀性,灵敏度高等特点,在温度测量方面被认为具有广泛应用前景。当前,在深海、深地等恶劣环境下实现高分辨率的测量仍然具有挑战性。本文从光纤F-P温度传感器设计与解调方面两方面入手,进行系统研究,提出了基于热膨胀芯光纤提高干涉条纹对比度和高分辨率解调算法,最终实现了一种高分辨率的光纤F-P温度传感器。1、总结归纳了光纤温度传感技术和光纤F-P温度传感器技术研究现状。2、总结了光纤F-P温度传感器的理论工作原理和结构分类,建立了考虑传输光束在空间中发散的F-P干涉理论模型,仿真研究了传输光束在空间中的发散对F-P传感器光谱特征的影响规律。3、总结了F-P温度传感器的光谱拟合算法和腔长解调算法,并针对当前算法温度分辨率较差的问题,提出了复合单-多峰算法和波长滑动平均单-多峰算法,并对相关算法进行了理论分析。4、针对普通单模光纤制作光纤F-P温度传感器增大干涉条纹数量对比度差的问题,提出使用TEC（热膨胀芯）光纤作为光纤F-P温度传感器的制作材料,提高了干涉条纹密度下传感器的对比度,为通过多峰解调提高分辨率提供了支撑。5、对传感器样品的温度灵敏度、线性度、重复性、分辨率、响应时间进行了实验研究。获得的实验结果如下,经实验测得在10℃～100℃的温度范围内,该传感器温度上行具有79.07 nm/℃的腔长灵敏度,线性度R~2可达0.999999999（小数点后九位）。传感器温度下行具有79.08 nm/℃的腔长灵敏度,线性度R~2可达0.999999999（小数点后九位）。传感器的重复性为0.05℃左右,用滑动平均加平均去噪算法可以得到最佳的温度分辨率,约为0.000038℃。实验证明了使用TEC光纤制作的光纤F-P温度传感器具有良好的重复性和高分辨率。本文研制的高分辨率温度传感器在光纤F-P传感器温度分辨率测量方面达到国内外先进水平（美国海鸟公司的用于海洋测温的SBE 56温度传感器温度分辨率为0.0001℃）。
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