基于光纤环形腔高分辨率同时测量液位、折射率和温度的双波长激光传感器

摘要:

高精密液位测量在化工、石油储存、食品安全和公共供水等领域具有重要意义。光纤干涉仪具有低成本，重量轻，抗电磁干扰，易于制造和耐腐蚀等系列优点。近期，为提升检测灵敏度，基于光纤干涉仪的方案在液位测试中被广泛应用和报道。目前，受多激发高阶模的响应差异影响，串扰/噪声的问题是不容忽视的。针对上述问题，本文围绕细芯光纤错位结构及光纤环形腔激光器展开深入研究，主要研究内容如下： (1) 利用光束传播法，分析了细芯光纤错位结构模式能量分布，并在细芯光纤错位结构中获得了准单模态干涉状态的最佳错位区域为2.2~2.6 μm。分析了液位测试的传感原理，并探究了在液位测试中的温度和折射率串扰问题。 (2) 通过细芯光纤错位型结构与光纤环形腔激光器相结合的方式，构建了单纵模激光液位传感器，提升了至少16倍的实际检测极限。进而，构建了双波长激光液位传感器，得到了稳定的双波长激光运转。 (3) 针对双波长激光传感器进行液位、折射率和温度的同时测量，结合波长和强度同步解调的方式和逆灵敏度矩阵和补偿公式，消除了细芯光纤的折射率和温度串扰，实现了液位、折射率和温度的同时测量。

Abstract: