光纖微腔式高精度海洋壓力測量方法研究

《光纖微腔式高精度海洋壓力測量方法研究》是依託天津大學，由王雙擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光纖微腔式高精度海洋壓力測量方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王雙
• 依託單位：天津大學

項目摘要

海洋科學研究和資源開發離不開壓力參量的高精度測量，而光纖壓力感測器電絕緣、耐腐蝕、耐久性強的優點，使其成為海洋監測套用的理想選擇，因此，基於光纖技術的高精度壓力測量對海洋資源開發有著重要的意義。本項目針對海洋環境上百兆帕的壓力範圍以及高精度、高穩定性的壓力測量需求，研究光纖混合微腔感測新結構及其感測理論模型，探索溫度老化與溫度壓力交叉敏感消除機制，實現具有大動態範圍的高穩定性光纖壓力感測；研究偏振干涉光路維度拓展方法，利用位置相關色散和低相干條紋在空間上的分布特徵，提出雙折射色散補償解調算法，實現混合微腔位相信息的高精度提取；建立海洋光纖壓力實驗系統，研究光纖微腔非線性補償方法，最終在深水仿真壓力艙中實現對高精度海洋壓力測量方法的驗證。通過本項目的研究將促進光纖感測技術在海洋監測領域的套用，為惡劣環境下大量程、高精度壓力測量提供新的技術手段。

結題摘要

海洋科學研究和資源開發離不開壓力參量的高精度測量，而光纖壓力感測器電絕緣、耐腐蝕、耐久性強的優點，使其成為海洋監測套用的理想選擇，因此，基於光纖技術的高精度壓力測量對海洋資源開發有著重要的意義。本項目針對海洋環境上百兆帕的壓力範圍以及高精度、高穩定性的壓力測量需求，開展了基於混合法珀微腔結構的高精度海洋光纖壓力感測方法研究。項目進行了光纖微腔式深水壓力感測理論模型的建模仿真和實驗研究，對感測器結構參數進行最佳化，研製了埋入式光纖法珀超高壓力感測器；研究了光纖微腔壓力感測器溫度非線性回響，分析感測器晶片殘餘氣壓及熱應力對膜片形變的的影響，進行了光纖法珀壓力感測器老化實驗研究，實現了對感測器的應力釋放；基於MEMS技術構建光纖混合微腔感測新結構，利用空氣腔和矽腔分別對壓力和溫度參量進行感測，解決了溫度壓力雙參量交叉敏感的問題；基於帶二維傾角的雙折射晶體研究了偏振干涉光路維度拓展方法，構建基於面陣掃描系統的寬動態範圍空間偏振干涉解調系統，將解調系統動態範圍擴展至101dB；利用位置相關色散和低相干條紋在空間和頻率域上的分布特徵，提出雙折射色散補償解調算法，實現具有大動態範圍的高穩定性微腔相位提取，算法的滿量程精度達到0.017%F.S.；搭建超高壓力感測器實驗系統，在2-120MPa油壓範圍下，感測器壓力解析度達到0.0276MPa；建立海洋光纖壓力實驗系統，最終在深水仿真壓力艙中實現對高精度海洋壓力測量方法的驗證，在20MPa水壓環境下，感測器壓力解析度達到0.015MPa。通過本項目的研究將促進光纖感測技術在海洋監測領域的套用，為惡劣環境下大量程、高精度壓力測量提供新的技術手段。