長(zhǎng)周期光纖光柵是一種周期為幾百微米的光纖光柵,由于損耗低、背向散射小、制作簡(jiǎn)單以及成本低等優(yōu)點(diǎn),在光纖傳感和光通信領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景,是近幾十年發(fā)展最為迅速的光纖器件之一。目前,長(zhǎng)周期光纖光柵更多地應(yīng)用于諸如水液位和溫度傳感等低折射率介質(zhì)傳感領(lǐng)域,在高折射率傳感領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少。在實(shí)際的應(yīng)用中,像汽油、柴油和化學(xué)試劑等易燃易爆品的折射率均高于光纖的折射率�；诖�,本文主要是對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵在高折射率液體中的傳感應(yīng)用展開研究。首先,本文設(shè)計(jì)并制作了一種基于長(zhǎng)周期光纖光柵的反射式傳感器。該裝置主要由單模長(zhǎng)周期光纖光柵（long period fiber grating,LPFG）構(gòu)成,其光柵后面尾纖的涂覆層全部剝掉并且尾纖端面涂有銀膜。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作容易。使用的單模光纖更有利于光泄露到外部環(huán)境的介質(zhì)中。其次,將該傳感器應(yīng)用到液位傳感實(shí)驗(yàn)中。利用長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG）形成的導(dǎo)模-泄露模效應(yīng),建立了反射式LPFG導(dǎo)模-泄露模的理論模型,利用MATLAB對(duì)其進(jìn)行仿真分析,仿真出反射光譜隨液位的變化關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中,為液位傳感器和所測(cè)液體選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)后,在0-20 mm的液位,獲得了-0... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

功率型測(cè)液位示意圖[24]

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2單模-多模-布拉格光柵結(jié)構(gòu)Figure1-2.Singlemode-multimode-Bragggratingstructure在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，常見的易燃易爆品和化學(xué)試劑的折射率往往大于光纖包層折射率，因此，針對(duì)較高RI液體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且廉價(jià)的液位傳感是非常必要的。目前，應(yīng)用于較高RI的光纖傳感器有SMS結(jié)構(gòu)[26]，如圖1-3所示為SMS的結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)單模光纖（SMF）中間熔接一段去除了包層的多模光纖（multimodefiber,MMF）；當(dāng)它浸沒在具有較高RI的液體（乙醇和苯甲醛混合液體）中時(shí)，MMF部分將成為泄露波導(dǎo)，整個(gè)結(jié)構(gòu)因此成為導(dǎo)模-泄露引導(dǎo)模式�；谛孤赌Ｊ�，隨著液位的增加，功率會(huì)進(jìn)行衰減傳播。但SMS結(jié)構(gòu)在測(cè)量時(shí)需要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量波長(zhǎng)或者M(jìn)MF長(zhǎng)度來保證它的靈敏度，在實(shí)際操作中，切割出微小長(zhǎng)度的MMF具有較大難度，不容易精準(zhǔn)操作。此外，由于在測(cè)量時(shí)需要把MMF部分浸入到液體中，導(dǎo)致很難進(jìn)行封裝，不利于實(shí)際應(yīng)用。所以即使它是測(cè)量的高折射率液體并且獲得了0.57dB/mm液位靈敏度，在實(shí)際應(yīng)用中也很困難。沒有辦法大規(guī)模地投入工業(yè)生產(chǎn)和生活中。圖1-3SMS結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-3.SchematicdiagramofSMSstructure1.3溫度傳感的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀溫度測(cè)量在民用的工程建筑、商用的航空航天、船舶航運(yùn)輸、電力電氣工程、生命醫(yī)學(xué)、材料化學(xué)等領(lǐng)域[27]越來越重要；傳統(tǒng)的測(cè)量溫度的方式主要是以熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測(cè)器等工具測(cè)得的信號(hào)為工作基礎(chǔ)，來進(jìn)行溫度的測(cè)量。溫度傳感器的發(fā)展已經(jīng)很多年了，傳感器的技術(shù)也不斷地成熟，但對(duì)于傳統(tǒng)的溫度傳感器來說，它們?cè)趷毫拥臈l件下還是會(huì)受到很大的限制；而光纖傳感器可以很好地適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾或易燃易爆等場(chǎng)合。所以基于光纖的溫度傳感器迅速發(fā)展起來。光纖溫度傳感器與

哂薪細(xì)逺I的液體（乙醇和苯甲醛混合液體）中時(shí)，MMF部分將成為泄露波導(dǎo)，整個(gè)結(jié)構(gòu)因此成為導(dǎo)模-泄露引導(dǎo)模式。基于泄露模式，隨著液位的增加，功率會(huì)進(jìn)行衰減傳播。但SMS結(jié)構(gòu)在測(cè)量時(shí)需要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量波長(zhǎng)或者M(jìn)MF長(zhǎng)度來保證它的靈敏度，在實(shí)際操作中，切割出微小長(zhǎng)度的MMF具有較大難度，不容易精準(zhǔn)操作。此外，由于在測(cè)量時(shí)需要把MMF部分浸入到液體中，導(dǎo)致很難進(jìn)行封裝，不利于實(shí)際應(yīng)用。所以即使它是測(cè)量的高折射率液體并且獲得了0.57dB/mm液位靈敏度，在實(shí)際應(yīng)用中也很困難。沒有辦法大規(guī)模地投入工業(yè)生產(chǎn)和生活中。圖1-3SMS結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-3.SchematicdiagramofSMSstructure1.3溫度傳感的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀溫度測(cè)量在民用的工程建筑、商用的航空航天、船舶航運(yùn)輸、電力電氣工程、生命醫(yī)學(xué)、材料化學(xué)等領(lǐng)域[27]越來越重要；傳統(tǒng)的測(cè)量溫度的方式主要是以熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測(cè)器等工具測(cè)得的信號(hào)為工作基礎(chǔ)，來進(jìn)行溫度的測(cè)量。溫度傳感器的發(fā)展已經(jīng)很多年了，傳感器的技術(shù)也不斷地成熟，但對(duì)于傳統(tǒng)的溫度傳感器來說，它們?cè)趷毫拥臈l件下還是會(huì)受到很大的限制；而光纖傳感器可以很好地適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾或易燃易爆等場(chǎng)合。所以基于光纖的溫度傳感器迅速發(fā)展起來。光纖溫度傳感器與測(cè)量技術(shù)是電力電氣行業(yè)重要的發(fā)展方向。因?yàn)楣饫w具有體積孝重量輕、可纏撓、電絕緣性好、柔性彎曲、耐腐蝕、耐高溫、測(cè)量范圍大，靈敏度高等特點(diǎn)；在溫度測(cè)量領(lǐng)域具有重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究[J]. 彭海斌.  工程技術(shù)研究. 2019(13)
[2]面向海洋應(yīng)用的光纖光柵溫度傳感器研究進(jìn)展[J]. 王瑨,王永杰,張登攀.  激光與紅外. 2019(05)
[3]高靈敏度布喇格光纖光柵溫度傳感器[J]. 魏昊文,徐寧.  光通信技術(shù). 2019(05)
[4]基于磁致伸縮原理的液位傳感器的設(shè)計(jì)[J]. 曲義宏,付永慶.  應(yīng)用科技. 2019(02)
[5]采用聚酰胺酸層的高靈敏度長(zhǎng)周期光纖光柵溫度傳感器（英文）[J]. 安佳,王永杰,李芳,劉元輝,彭丹丹.  紅外與激光工程. 2018(08)
[6]FBG溫度傳感器交叉敏感問題的研究[J]. 張登攀,鄭艷,王瑨,王永杰.  大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)
[7]電容式液位傳感器的設(shè)計(jì)[J]. 李一峰,吳振陸,樊海紅.  廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[8]高精度超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 盧偉,王楊,趙紅東,渠建兵,夏克文.  儀表技術(shù)與傳感器. 2013(07)
[9]長(zhǎng)周期光纖光柵的原理及譜特性研究[J]. 蘇偉理,歐啟標(biāo),張超,黃尚榮,吳康潑,江常通.  科技信息. 2011(08)
[10]新型液位檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 楊朝虹,李煥.  工礦自動(dòng)化. 2009(06)

博士論文
[1]聚合物—石英復(fù)合光纖熒光傳感器的制備及其應(yīng)用[D]. 崔民心.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]接觸式溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)技術(shù)研究[D]. 李巖峰.中北大學(xué) 2018
[3]復(fù)模展開方法及其在光纖器件分析中的應(yīng)用[D]. 薛林林.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[4]基于長(zhǎng)周期光纖光柵的傳感器與解調(diào)復(fù)用技術(shù)研究[D]. 姜萌.浙江大學(xué) 2010

碩士論文
[1]反射式LPFG濾波器的研究及應(yīng)用[D]. 余潤(rùn)澤.浙江工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于量子點(diǎn)填充的光子晶體光纖熒光溫度傳感器[D]. 尹曉金.深圳大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3111412