核電廠是個復雜且規(guī)模龐大的系統(tǒng),為保障核電站運行生產(chǎn)和核電機組的穩(wěn)定安全,核電裝置監(jiān)測系統(tǒng)具有重大意義。核電裝置環(huán)境多存在高溫、高壓、高輻射、強振動等惡劣條件,電子類傳感器雖滿足應用需求,但尺寸大、走線多、易受電磁干擾等,使得電子類傳感器在應用上存在很多問題。光纖傳感器具有尺寸小、抗電磁干擾、電絕緣、損耗低等優(yōu)點,為探索新的核電裝置監(jiān)測系統(tǒng)提供了新思路。本文為響應核電裝置中液體壓力和固體力的監(jiān)測需求,提出了一種高靈敏度、低溫度系數(shù)的光纖琺珀傳感器,并根據(jù)光纖琺珀傳感器的相關特性開展了應用研究。具體工作如下:（1）開展了光纖琺珀傳感器的傳感特性、基本特性以及輻照特性的實驗研究。針對光纖琺珀傳感器的應變和壓力兩種傳感特性,基于傳感原理制作了三種結(jié)構(gòu)的琺珀傳感器并開展了傳感特性的對比測試研究,選擇應變靈敏度為15 pm/με和壓力靈敏度為123 pm/MPa的增敏型光纖琺珀傳感器作為后續(xù)開展應用研究的傳感器;對基于增敏型光纖琺珀傳感器進行了相關特性測試,得出琺珀傳感器可響應10 KHz的高頻信號,經(jīng)10⁶次疲勞測試其特性良好、具有長期穩(wěn)定、耐250℃高溫和耐100%高濕... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

核電系統(tǒng)示意圖

用紫外激光逐點刻寫法制作出低反射率、低損耗的光纖琺珀傳感器，實現(xiàn)600℃工作溫度下的應變和溫度測量[17]。2005年，南京航空航天大學開展光纖琺珀傳感器應用于光纖智能加層研究[18]。2007年，Y.J.Rao等首次實現(xiàn)單模光子晶體光纖與傳統(tǒng)單模光纖的熔接，形成低成本、高條紋可見度的光纖琺珀傳感器，實現(xiàn)溫度和折射率的測量[19]。2009年，電子科技大學饒云江團隊采用157nm激光加工微系統(tǒng)研制出自封閉式光纖琺珀傳感器，實現(xiàn)800℃下傳感器的正常工作[20]。2018年，電子科技大學饒云江團隊制作的具有增敏結(jié)構(gòu)的光纖琺珀傳感器如圖1-2所示，該傳感器具有高靈敏度、低溫度系數(shù)等優(yōu)點，壓力靈敏度為60.31pm/MPa，應變靈敏度為6.6pm/με，溫度靈敏度為0.1pm/℃[21]。`圖1-2增敏型光纖琺珀傳感器[21]1.3.2光纖琺珀傳感器在核領域中的研究現(xiàn)狀1998年，F(xiàn)rancisBerghmans等人使用多模光纖制作出了非本征光纖琺珀溫度和應力傳感器，先后分別用劑量率114Gy/h，3.4kGy/h，對傳感器進行輻射。實驗結(jié)果表明光纖琺珀溫度傳感器測得的溫度值比實際值明顯偏低，且輻照停止后會有很小的恢復，這是由于輻射會引起光纖對波長的選擇性吸收而引起的測試偏低現(xiàn)象。光纖琺珀應力傳感器接受了不同劑量的輻照，實驗發(fā)現(xiàn)輻射致使信號衰減并且消除了有效波長區(qū)域內(nèi)的干涉條紋，使琺珀傳感器在輻照后不能正常運行，

電子科技大學碩士學位論文4但衰減程度與輻照劑量無明顯關系，且實驗使用的三個琺珀傳感器的衰減現(xiàn)象表現(xiàn)一致[22-23]。2002年，HanyingLiu等人研究了伽馬輻射對光纖琺珀傳感器的影響。使用的非本征光纖琺珀傳感器結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。將兩個傳感器在輻射場中進行照射，其中一個傳感器照射的總劑量為133Mrad，且在輻照測試期間在線監(jiān)測傳感器的性能，記錄每次輻照試驗前后的傳感器靜態(tài)和動態(tài)性能，分析數(shù)據(jù)表明這種類型的傳感器適用于高劑量伽馬輻射的輻射環(huán)境。其后研究了在總劑量為15kGy和1.33MGy的伽馬輻射的傳感特性，傳感器表現(xiàn)為無明顯故障且產(chǎn)生的誤差在可接受范圍內(nèi)。另外，將傳感器分別放置在總中子能量密度為2.6×1016中子/cm2和總伽馬劑量為1.09MGy的輻照環(huán)境中，實驗表明傳感器測試溫度與實際溫度偏差約為34°F，但傳感器線性響應良好。通過后續(xù)實驗對傳感器進行了退火補償，溫度偏移減少了約63％[24-26]。圖1-3非本征光纖琺珀傳感器結(jié)構(gòu)圖[24]2003年，LaiChengChih等采用不同芯徑的熔融石英光纖制作的琺珀傳感器。在1MGy劑量下開展輻照實驗測量，并進行了輻射前后康寧單模光纖熱光系數(shù)的變化分析從而來評判輻照對傳感器的影響。實驗結(jié)果表明，輻照后實驗中所有傳感器的測試結(jié)果基本一致，即傳感器的輸出信號在0~150℃范圍內(nèi)發(fā)生周期性變化，且傳感器的信號強度和溫度之間的變化關系與理論曲線基本吻合。實驗結(jié)果表明，這種光纖琺珀溫度傳感器可在熱光系數(shù)相對變化量小于3%、輻射量不高于1MGy的環(huán)境中使用[27]。2011年至2014年期間，G.Cheymol等人利用不銹鋼材料來制作光纖琺珀傳感器，傳感器結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。實驗采用在輻射環(huán)境中將傳感器溫度穩(wěn)定在200℃保持22天，然后溫度增加到390℃再保持5天。共采用五個傳感器進行了輻照?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]光纖琺珀傳感器在空氣/水動力學方面的應用研究[D]. 解真東.電子科技大學 2019



本文編號：3543710