【摘 要】
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光纤传感器由于结构紧凑、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰等优势得到了国内外学者的关注。随着传感器产业化进程的加快,对光纤传感器的测量准确性和灵敏度在实际应用中的要求
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光纤传感器由于结构紧凑、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰等优势得到了国内外学者的关注。随着传感器产业化进程的加快,对光纤传感器的测量准确性和灵敏度在实际应用中的要求也越来越高。随着研究人员对石墨烯等新材料特性的深入研究,新型石墨烯材料与光纤传感器的结合成为目前研究的热点。本论文利用石墨烯等新型材料设计并制作了四种光纤传感器并进行了相应测试,分析了基于石墨烯等材料的光纤传感器的工作原理与传感机理,得到了高灵敏光纤传感器。论文的主要研究内容与创新点如下:（1）首先介绍了光纤传感器的发展历程及研究现状,重点介绍了干涉式光纤传感器和光纤光栅传感器,阐述了光纤传感器研究方向。（2）然后基于石墨烯薄膜超薄、机械性能强、无渗透的特性,利用石墨烯薄膜与陶瓷插芯端面之间的范德华力,使用直径125μm的6-8层CVD法一次转移石墨烯薄膜作为感压膜片制备法布里-铂罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer,FPI）。该传感器压力灵敏度高达1946.91 nm/k Pa,具有良好的线性度,是已有传感器的50倍。该传感器压力灵敏度高,制备简便,适用于低载荷下的测试环境。（3）其次分析了基于石墨烯薄膜的FPI的温度传感机理,提出该结构光纤传感器的压力-温度交叉影响。使用布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）代替单模光纤,使用10-15层石墨烯薄膜,制备FPI和FBG复合结构,分别测试了该传感器的压力和温度灵敏度。FPI的压力和温度灵敏度分别为501.4 nm/k Pa和306.2 nm/℃;FBG的压力和温度灵敏度分别为6x10-6 nm/k Pa和11 pm/℃。使用双参数灵敏度矩阵进行压力和温度解调,实现压力-温度同时测量,避免交叉影响。（4）此外,利用氧化石墨烯的亲水性,在单模光纤中间熔接一段空芯光纤,使用氧化石墨烯悬浮液在空芯光纤侧面涂覆,制备抗共振反射式干涉仪,进行湿度测试。使用损耗峰波长和光强解调该传感器的湿度灵敏度,大小分别为105.85 pm/%RH和0.0272 pm/%RH。该传感器制备简便,具有很好的应用前景。（5）最后探索了其他新型材料在传感器上的应用。基于定制三孔光纤,使用熔接法制备马赫-泽德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）,通过放电拉锥提高了该传感器的折射率。基于三孔光纤的MZI相对单模光纤折射率灵敏度提高了7倍,折射率灵敏度大小为275.29nm/RIU,拓展了三孔光纤等新型材料在光纤传感器的应用。
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