引用本文：
韦香宁,童子劲,徐琰，等. 基于虚拟游标效应增敏的TMZI光纤CTD传感器[J]. 光通信技术，2025，49（4）：30-38.
韦香宁1,2,童子劲3,徐 琰2，4,潘雪梅1,2,张 超1,2,农恒昌1,2,于 洋2*,张振荣1
（1.广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004；2.国防科技大学 理学院， 长沙 410073； 3.中南大学 物理学院，长沙 410083；4.山东理工大学 物理与光电工程学院，山东 淄博 255000）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：为了实现对盐度、温度和压力的高精度测量，提出了一种基于虚拟游标效应增敏的马赫-曾德尔干涉仪（TMZI）光纤温盐深（CTD）传感器。通过优化光纤结构，该传感器克服了传统单模光纤和微纳光纤耦合器的机械易损问题。采用快速傅里叶变换（FFT）和逆傅里叶变换（IFFT）处理光谱数据，并结合虚拟游标效应，显著提升了测量灵敏度。实验结果表明：在0~5.85‰和5.85‰~19.55‰盐度范围内，灵敏度分别达到37.310 nm/‰和16.361 nm/‰；温度测量在30.86~41.95 °C内的灵敏度为-27.667 nm/°C；压力传感在0~4.5 MPa内的灵敏度为51.087 nm/MPa。
关键词：马赫-曾德尔干涉仪；多参数监测；快速傅里叶变换；逆傅里叶变换；虚拟游标效应
中图分类号：TN91 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2025）04-0030-09
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.04.006
研究背景与动机：
海洋对气候和资源开发至关重要，传统电学式CTD传感器因成本高、体积大、易受干扰，难以适应极端海洋环境。
光纤传感器具有高精度、小型化、低成本及强抗干扰能力，成为更优的海洋监测方案。
传感器设计与原理：
提出了一种基于TMZI结构的光纤CTD传感器，通过优化光纤结构克服了传统单模光纤和微纳光纤耦合器的机械易损问题。
传感器由三根微纳光纤组成，利用光干涉效应实现对外界参数的高灵敏响应。
采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装，提高了传感器的结构强度和环境抗干扰能力。
信号处理与增敏技术：
引入虚拟游标效应，通过快速傅里叶变换（FFT）和逆傅里叶变换（IFFT）处理光谱数据，显著提升了测量灵敏度。
虚拟游标效应简化了系统结构，在保证测量精度的同时提升了可靠性和成本效益。
实验结果与性能评估：
盐度测量：在019.55‰盐度范围内，灵敏度分别达到37.310 nm/‰和16.361 nm/‰。
温度测量：在30.86~41.95°C范围内，灵敏度为-27.667 nm/°C。
压力测量：在0~4.5 MPa范围内，灵敏度为51.087 nm/MPa。
稳定性测试：连续7天测试中，传感器特征波长保持稳定，表明具有良好的时间稳定性。
创新点与优势：
通过优化传感器结构和采用先进的信号处理技术，显著提升了海洋环境多参数测量性能。
机械稳定性高，成本效益好，适用于复杂海洋环境的长期监测。
实验验证表明，该传感器在盐度、温度和压力测量方面均表现出高灵敏度和优异性能。
应用前景：
为复杂环境下的多参数测量提供了创新思路，展示了广阔的应用前景。
对于促进海洋环境监测技术的发展具有重要意义。
这份文件通过详细的理论分析、仿真研究和实验验证，全面展示了基于虚拟游标效应增敏的TMZI光纤CTD传感器在海洋环境监测中的优异性能和广泛应用潜力。