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基于白光干涉的光纤传感系统的研究
摘要
本文基于白光干涉的光纤传感系统，介绍了其原理、组成、应用及发展现状。首先，本文介绍了光纤传感原理的基本概念及分类。然后，详细阐述了白光干涉光纤传感系统的工作原理和技术特点，并分析了其与其他传感技术相比具有的优点。接着，本文重点介绍了基于白光干涉光纤传感技术在应力、温度、压力等领域的应用，以及近年来在微纳尺度下的发展。最后，本文总结了基于白光干涉光纤传感技术的研究现状和未来发展趋势。
关键词：白光干涉；光纤传感；应力；温度；压力
1.引言
光纤传感技术是一种具有广泛应用前景的新型技术，它利用光学信号传输和转换的原理，实现了对物理、化学、生物等多种参数的精确测量和探测。光纤传感技术具有线性度高、响应速度快、抗干扰能力强、体积小、可重现性好等优点，成为了新领域应用中的重要手段，如石油勘探、航空航天、医学检测、工业生产等领域都有广泛的应用。
白光干涉光纤传感技术是一种光学传感技术，它利用白光光源，通过光纤与传感器的相互作用，测量物理参数如应力、温度等的变化，具有高灵敏度、高可靠性、高分辨率等特点。本文将结合实际应用，主要从白光干涉光纤传感技术的原理、组成、应用及发展现状等方面对其进行详细介绍。
2.光纤传感技术基本概念和分类
光纤传感技术是一种以光为信号传输媒介，利用光学原理对物理、化学、生物等各种参数进行转换、传输和测量的技术。通过将光纤传感器与场合物或场合区的物理参数相连接，拓宽了光学传感技术的应用领域。光纤传感技术可以根据传感原理进行分类，常用的传感原理有三种：
(1)ibreBraggGrating光纤光栅测量原理
FibreBraggGrating光纤光栅测量原理是利用光栅结构、衍射相位移动和反射谐波效应来实现光学测量的技术。它通过将一个光纤光栅与待测参数相接，利用光纤光栅中的周期性结构，在反射峰处发生波长选择性裂缝，对变量参数进行测量。
(2)interferometric干涉测量原理
Interferometric干涉测量原理是使用两束或多束相位相等或相互相位和波长差的光进行干涉，对其中一束光感兴趣的参数进行测量。干涉光学测量通常使用拉曼-拉曼、布特拉格、马赫-曾德尔等干涉技术实现对物理量的测量。
(3)光强测量原理
光强测量原理是指根据变量对光的强度造成的影响来测量变量的方法。如所需测量的变量通过光纤内部形成的初始亮度，来测量光的强度，进而来测量温度和应力等参数。
3.白光干涉光纤传感原理及技术特点
3.1白光干涉光纤传感技术原理
白光干涉光纤传感技术的基本原理是与光纤干涉测量技术相似。在光纤两端构成衬垫和对相干光发出光源后，相干光在光纤中传播，从而形成光程差。当物理参数发生变化时，光程差会发生变化，从而影响到光干涉的特征和结果。通过检测不同长度的光程差形成的光信号，可以飘发现物理参数发生变化，并进一步进行参数的测量和分析。
3.2技术特点
白光干涉光传感技术具有以下技术特点：
(1)高分辨率，白光干涉光纤传感的系统的分辨率达0.5微米，量测灵敏度高；
(2)宽工作范围，在高温和低温环境下都能正常工作，稳定性好；
(3)不受噪声干扰，传感器频带宽，抗干扰性能强；
(4)实时性成，可以及时反馈并记录变化的参数信息；
(5)自校准性高，不需要磁场、电场等干扰因素，提高系统的可靠性和复现性；
(6)微型化技术成熟，适合于微诊断技术应用。
4.白光干涉光传感系统的应用及发展现状
4.1基于白光干涉光纤传感的应力测量
应力测量最近几年得到了广泛应用，它可以用于高压管道、堆积桥梁和建筑物的安全监测。基于白光干涉光纤传感技术的应力测量能够实现其精度的控制和提高。通过对应变信号的测试运动跟踪相结合，并利用一些新的信号处理手段，能够实现对复杂结构的跟踪和应力测试，以提高应力测量的精度和可靠性。
4.2基于白光干涉光纤传感的温度测量
白光干涉光纤传感技术在温度测量中也有一定的应用。运用白光干涉技术测量温度变化是一种高-准确的方法，推广应用的意义是显而易见的，它比传统的温度测量方法更具灵敏度、速度和精度。
4.3基于白光干涉光纤传感的压力测量
利用白光干涉光纤传感技术制备出的压力传感器结构相对简单，根据壳体结构的压缩和张力形成不同的光程差，从而形成底部反射信号谱的周期性变化。通过分析反射谱变化的频率和强度对压力进行测量。
4.4微纳尺度下的发展
随着微纳尺度领域的快速发展，白光干涉光纤传感技术也得到了广泛的应用和改进。例如，基于白光干涉光纤传感器的光机电一体化传感技术，使用多元接点、杠杆机构、铁电型电容器、静态加载等微器件，实现了高灵敏度、高准确性和高重复性的高速力学力测量和形貌成像。此外，在MEMS系统和通信工程等领域，白光干涉光纤传感技术的应用也得到了广泛的推广。
5.结论
本文通过介绍光纤传感技