本文關鍵詞：光纖傳感器在多參量測量方面的應用研究

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【摘要】：近年來,光纖傳感器引起了廣泛的研究關注。與傳統(tǒng)的電子傳感器相比,光纖傳感器具有絕緣抗電磁和原子輻射干擾、耐高溫和耐腐蝕、與光纖通訊網絡無損耗連接、分布式測量、遠距離測量和便于復用等獨特優(yōu)點,被廣泛用于溫度、應力、折射率等傳統(tǒng)物理量的測量以及相對濕度、磁場等新型傳感參量的測量。本文重點研究了五種功能化的新型光纖傳感器,主要研究內容包括:1.提出了一種基于布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)反射率比測量的光纖磁場傳感器,由FBG級聯(lián)磁流體包覆的平整光纖端面構成。外界磁場強度的變化通過磁流體折射率的變化進而影響了光纖端面的菲涅爾反射率的變化,即對FBG反射譜的背景光強進行調制,而FBG的反射峰強度對外界磁場并無變化。通過解調上述兩者的強度差,實現(xiàn)了對外界磁場的傳感。2.提出了一種基于FBG反射率比測量的光纖重金屬離子濃度傳感器,由普通FBG級聯(lián)鍍膜功能化的光纖端面構成。通過層層自組裝技術(Layer By Layer),將核聚糖(Chitosan)和聚丙烯酸(Poly Acrylic Acid,PAA)直接鍍在平整的光纖端面上,形成膜結構(Chitosan/PAA Coating)。當Chitosan/PAA Coating吸附溶液中的鎳離子時,光纖端面的菲涅爾反射率因Chitosan/PAA Coating的折射率變化而改變。通過解調光譜的反射率比,實現(xiàn)溶液中重金屬鎳離子的濃度探測。3.提出了一種基于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)鍍膜的傾斜光柵(Tilted Fiber Bragg Grating,TFBG)級聯(lián)啁啾光柵(Chirped Fiber Bragg Grating,CFBG)的光纖相對濕度傳感器。利用PVA的濕敏特性,PVA的折射率變化調制TFBG的傳輸譜,根據TFBG的包層模的調制波長范圍選取適配的CFBG反射帶寬,因而反射光信號再次被TFBG調制,實現(xiàn)從20%RH到85%RH范圍的相對濕度傳感。4.提出了一種基于邁克爾遜(Michelson)干涉儀的微型高摻鍺光纖溫度光纖傳感器,由一小段以二氧化鍺為纖芯,二氧化硅為包層的高摻鍺光纖(Ge-fiber)熔接在普通單模光纖上構成。由于傳感單元Ge-fiber的纖芯和包層之間具有較大的折射率差,較短長度的Ge-fiber能夠產生相對合適的自由光譜范圍,使得高精度的溫度測量得以實現(xiàn)。5.提出了一種基于Sagnac環(huán)的人類平滑肌(Smooth Muscle Cells,SMCs)細胞牽引力傳感器,將一段單模偏振保持光纖(Polarization-Maintaining Fiber,PMF)預埋在聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)形成的微型凹槽,PMF兩端分別連接50:50的單模光纖耦合器構成Sagnac環(huán)。平滑肌細胞生長過程產生的細胞牽引力通過由PDMS形成的微型凹槽進行力傳導。由于PMF的應力敏感特性,通過解調Sagnac環(huán)的波長漂移,實現(xiàn)細胞牽引力的傳感。
【關鍵詞】：光纖傳感器 多參量測量 化學傳感 生物傳感
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 緒論14-21
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 光纖傳感器的基本原理15-18
• 1.2.1 幾種典型的光纖傳感器15-18
• 1.3 光纖傳感器多參量測量的應用18
• 1.4 本論文的主要研究內容及創(chuàng)新點18-21
• 1.4.1 研究內容18-19
• 1.4.2 本論文的創(chuàng)新點19-21
• 2 基于FBG反射率比測量的光纖磁場傳感器21-28
• 2.1 引言21
• 2.2 研究現(xiàn)狀21-22
• 2.3 工作原理和結構22-24
• 2.3.1 納米磁流體的工作原理22
• 2.3.2 實驗裝置22-23
• 2.3.3 傳感器的結構23
• 2.3.4 傳感器的工作原理23-24
• 2.4 實驗結果與討論24-27
• 2.5 本章小結27-28
• 3 基于FBG反射率比測量的光纖重金屬離子濃度傳感器28-35
• 3.1 引言28-29
• 3.2 實驗裝置與原理29-30
• 3.2.1 實驗裝置29
• 3.2.2 傳感器的制作29-30
• 3.2.3 傳感器的工作原理30
• 3.3 實驗結果與討論30-33
• 3.4 本章小節(jié)33-35
• 4 基于PVA-TFBG級聯(lián)CFBG的光纖相對濕度傳感器35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 實驗裝置與原理35-38
• 4.2.1 傳感器制作及工作原理35-37
• 4.2.2 實驗裝置37-38
• 4.3 實驗結果與討論38-40
• 4.4 本章小結40-41
• 5 基于Michelson干涉儀的微型高摻鍺光纖溫度傳感器41-47
• 5.1 引言41
• 5.2 傳感器結構和原理41-44
• 5.2.1 傳感器制作和實驗裝置41-42
• 5.2.2 傳感器的工作原理42-44
• 5.3 實驗結果與討論44-46
• 5.4 本章小結46-47
• 6 基于Sagnac環(huán)的細胞牽引力光纖生物傳感器47-54
• 6.1 引言47
• 6.2 材料和方法47-50
• 6.2.1 細胞培養(yǎng)47
• 6.2.2 有機微型凹槽的制作47-49
• 6.2.3 細胞接種和圖像信息記錄49-50
• 6.2.4 傳感器工作原理50
• 6.3 實驗結果和討論50-53
• 6.4 本章小結53-54
• 7 總結與展望54-56
• 7.1 總結54-55
• 7.2 展望55-56
• 參考文獻56-61
• 作者簡歷61-62

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6 何s，

本文編號：1081145