膜片式法布里-珀罗光纤流量传感器的研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjj_2323
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在工业生产、生物分析、化学合成、化学组份分析等领域,流量已经成为重要的指标之一。研究人员已经开发出许多流量测量的方法和技术。其中,光纤传感技术凭借自身抗电磁干扰强、灵敏度高、精度高等特点逐渐引起了研究人员的兴趣。光纤法布里-珀罗(Fabry-Pérot,F-P)传感技术作为光纤传感技术的重要组成分支,在流量测量领域也有着广泛的应用。本文主要对膜片式光纤F-P流量传感器的传感膜片的特性以及传感器的结构进行了研究和讨论。主要内容如下:1、阐述流量测量的研究背景和意义。主要介绍了光纤流量传感器的研究背景、原理以及国内外研究现状。在光纤类流量传感器中,着重介绍光纤非本征型法珀干涉传感器(Extrinsic Fabry-Pérot Interferometer,EFPI)的研究与应用。2、介绍膜片式光纤EFPI传感系统的基本原理和结构。分析膜片形变原理,为后续传感器膜片的选择提供理论基础。在传感系统解调方面,分析对比相位、强度、波长等光纤F-P结构传感器的解调方法,为后期解调方法的选择提供参考。3、提出并实现基于液膜的光纤F-P传感器的微流体流速测量系统。待测微流体的液面和位于准直毛细管内的单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)端面构成F-P腔的两个反射平面。测量时,将传感器垂直插入圆管道内感测微流体流速的变化。由于不同流速的微流体对圆管道侧壁产生不同的压力,导致毛细管中液柱的高度不同,从而使F-P腔的腔长发生变化。通过监测反射光谱的波长漂移来实现对微流体流速的测量。实验结果表明,传感器对微流体流速的最大流速响应灵敏度为0.037nm/(μL/min);在不同浓度的盐水情况下,传感器对微流体流速的测量也得到拟合度较高的拟合曲线。4、提出并实现基于PDMS的光纤F-P传感器的风量测量系统,F-P腔由PDMS膜片和SMF端面构成。首先分析PDMS的特性,介绍利用滴定法制作PDMS膜片的过程。然后详细介绍毛细管嵌套结构的传感器的制作过程。最后设计实验方案,研究传感器对流体不同风量的灵敏度响应以及对温度的灵敏度响应。由于传感器膜厚的影响,出现了三光束干涉的F-P级联现象。运用低通滤波和带通滤波的方法分离出空气F-P腔(Lair)和PDMS膜厚F-P腔(LPDMS)各自的光谱。实验结果表明,Lair腔的风量灵敏度为-1.1025nm/CFM,LPDMS腔的风量灵敏度几乎为零;Lair腔温度变化引起的测量误差为0.1899CFM/℃,而LPDMS腔则极易受温度变化影响,从而产生较大的测量误差。最终得出,Lair腔受温度串扰影响较小,可以用作风量测量的主要F-P腔。
其他文献
光纤化学传感器是一种集合了光纤技术和化学敏感膜技术的传感器,它的优点是耐高温、耐腐蚀、不受电磁干扰、传输容量大、可远距离实时测量、可微型化。近年来,因为拥有众多突出的优点使得光纤化学传感技术在越来越多的领域(例如环境保护、基础建设、交通运输、安保安防、生物医药,临床医学等)得到了更广泛的关注和研究。本文研究了四种应用于水溶液中重金属离子浓度检测的光纤化学传感器,探究了它们的工作原理和制备方法,并对
学位
有机-无机杂化钙钛矿优异的光电特性使其在光探测器领域被广泛应用,具备迁移率高、激子扩散长度长、易制备以及高吸收效率等特点,相较于其它传统半导体材料而言,它具有明显的优势。传统的无机半导体材料的高温制造过程复杂且昂贵、柔性差等,无法满足新型应用背景下日益增长的需求。而有机-无机杂化钙钛矿制备成本低、与柔性基底兼容等优点,吸引了研究者的注意。利用不同材料之间吸收光谱的互补性,本文研究了基于有机-无机杂
学位
应变传感器被广泛用于医疗监测、工业建设等领域,其中光纤应变传感器以其耐高温、抗电磁干扰、小尺寸、高灵敏度等优势被广泛研究应用。为进一步提高传感器的性能,本论文提出了三种基于纤内凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,并从应变传感原理、器件的制备方法及性能测试分析比较等方面对这三种结构进行了深入的研究。1、提出并制备了一种基于载氢光纤内嵌凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,该器件由置于高压纯氢环境两周以上的普通
学位
光纤传感器具有抗电磁干扰,绝缘,耐恶劣环境等优势,因此经常被应用于湿度、温度、应变、折射率等物理量的测量。而湿度是最重要的物理量之一,光纤湿度传感器被广泛应用于工业、医疗、航天等领域,成为了一大研究热点。近年来,许多新的湿敏材料被涂敷在光纤结构上,用于湿度传感,然而据我们所知,高分子透明质酸钠(HA)和库拉索芦荟胶这两种材料还没有被应用到湿度传感中。本论文的主要研究内容是反射式迈克尔逊光纤湿度传感
学位
随着5G通讯技术的普及,无源光模块的市场需求日益增加。但无源光模块的种类繁多,其结构与耦光方式不尽相同,这加大了无源光模块自动化生产的难度。为此,本课题以无源光模块自动耦光技术为研究对象,旨在解决以光纤准直器为光接收器与发射器的这一类无源光模块的自动生产问题。具体工作内容如下:(1)基于模场耦合理论,分析了轴向偏差、径向偏差与角度偏差对光纤准直器耦光效率的影响。总结以往的自动耦光经验,制定了以机器
学位
流体运动具有不确定性、不规则性以及动态变化性,要真实的对其动态变化进行模拟具有挑战性。流体真实感宏观表现在流体细节的展示,包括固液边界耦合以及粒子分布不均时流体浪花的体现等方面,微观上则体现在对于模型计算的精度和效率。然而真实感和实时性具有矛盾性,要做到真实感势必提高模型精度,这就会增加算法计算时间,降低实时性。本文基于变光滑长度下的SPH(Smoothed Particle Hydrodynam
学位
全球能源消耗逐渐加剧及化石燃料的有限性使开发利用可再生能源成为当务之急。太阳能具有清洁、无污染、可再生的优点,是未来最具潜力的能源之一。太阳能电池技术可以将太阳能直接转化为电能,为太阳能的开发利用提供了一条环境友好的途径,因而引起人们的广泛关注。目前,科学家们正致力于研究出高效率、低成本、制备工艺简单的太阳能电池。在过去的十余年中,钙钛矿太阳能电池取得了令人瞩目的成就,其光电转换效率迅速提高到25
学位
富勒烯(C60),石墨烯和硫化亚锡(SnS)纳米线因为它们优异的电学和光学性质,在近几年来被广泛应用于光探测器中,受到了极大的关注。但是,由于C60在近红外区域没有吸收,因此很少应用于近红外光探测器中。而对于石墨烯光探测,由于引入光吸收层的波长主要集中在可见光和紫外光波段,近红外光只能靠石墨烯自身吸收,导致了多数石墨烯光探测器在近红外波段的性能比较普通。SnS纳米线具有载流子迁移率高,窄带隙以及在
学位
超声波流量计具有压损小、内部无可动部件、量程比宽等优点,已逐步应用于城市供水、污水排放、石油化工等领域。目前,时差法是超声波流量计中应用最广泛的一种方法,其测量的关键是获取顺逆流的传播时间。但是声波在介质中传播存在衰减,尤其是低信噪比的场合,回波稳定性差,易捕捉到错误的回波特征点,导致时间测量产生偏差。针对以上问题,本文在传统超声相位测量方法的基础上,针对目前多种数字鉴相算法存在抗干扰能力弱、受非
学位
随着对能源利用效率的要求不断提高,各国对电力变压器产品的能效要求做出了相关规定。在提高变压器能效的过程中,开展变压器损耗测量系统(TLMS)的溯源工作能验证其能效测量的准确性和可靠性。此外,对TLMS在不同功率因数下进行校准,需要试验源输出不同相位差的高压大电流信号。因此,针对TLMS校准中,对功率因数可调高压大电流信号源的需要,开展了移相技术研究及装置研制。本文主要进行了以下研究工作:1)针对T
学位