本文選題：磁流體 + 微納光纖��； 參考：《哈爾濱理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：集成化、微型化、高性能是新時(shí)代傳感器的發(fā)展方向及發(fā)展要求,基于光學(xué)技術(shù)的光纖傳感器相比于傳統(tǒng)傳感器,具有抗電磁干擾、靈敏度高、體積小等諸多優(yōu)勢(shì),是取代傳統(tǒng)傳感器的最佳方案。光纖磁場(chǎng)傳感突破了傳統(tǒng)磁場(chǎng)傳感方法電磁干擾等問(wèn)題的限制,在磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了非常大的發(fā)展?jié)摿�。隨著光纖工藝的迅速發(fā)展,微納光纖憑借其特殊的微納結(jié)構(gòu),擁有比傳統(tǒng)光纖更優(yōu)越的光學(xué)傳感特性,因而得到了研究人員的廣泛青睞。本論文在對(duì)常規(guī)光纖磁場(chǎng)傳感器改進(jìn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合磁流體及微納光纖技術(shù),設(shè)計(jì)了一種光纖磁場(chǎng)傳感系統(tǒng),具體工作內(nèi)容包括:1.詳細(xì)研究了磁流體的光學(xué)特性,理論分析了微納光纖的基本特性及傳感原理。通過(guò)數(shù)學(xué)建模及理論推導(dǎo)分析了圓柱形和錐形微納光纖的模場(chǎng)特性,得到了微納光纖的倏逝場(chǎng)強(qiáng)度分布規(guī)律。為微納光纖基于倏逝場(chǎng)理論的傳感提供了理論依據(jù)。2.在理論研究的基礎(chǔ)上,論文設(shè)計(jì)了一種結(jié)合微納光纖技術(shù)及磁流體的磁場(chǎng)傳感結(jié)構(gòu),采用化學(xué)腐蝕法制作了微納光纖倏逝場(chǎng)傳感元件,利用磁流體作為倏逝場(chǎng)介質(zhì),采用了直通式光路對(duì)該傳感結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得到了0.02μW/mT的磁場(chǎng)探測(cè)靈敏度。3.針對(duì)光纖磁場(chǎng)傳感器高靈敏度高穩(wěn)定性的發(fā)展要求,論文結(jié)合光纖環(huán)形腔衰蕩技術(shù),采用磁流體-微納光纖倏逝場(chǎng)磁場(chǎng)傳感結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)完成了一種高靈敏度、抗光源波動(dòng)影響的光纖磁場(chǎng)傳感系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)理論分析,對(duì)實(shí)驗(yàn)光路進(jìn)行了優(yōu)化,最終實(shí)現(xiàn)了靈敏度95.5ns/m T的穩(wěn)定傳感系統(tǒng)。論文從理論研究出發(fā),通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提供了一種高靈敏度、高穩(wěn)定性的光纖磁場(chǎng)傳感方案,為光纖磁場(chǎng)傳感器實(shí)用化研究中靈敏度及穩(wěn)定性的提高提供了一種新的途徑。
[Abstract]:Integration, miniaturization and high performance are the development directions and requirements of new era sensors. Compared with traditional sensors, optical fiber sensors based on optical technology have many advantages, such as anti-electromagnetic interference, high sensitivity, small size and so on. Is the best alternative to traditional sensors. Fiber optic magnetic field sensing has broken through the limitation of the traditional magnetic field sensing methods such as electromagnetic interference and has shown great development potential in the field of magnetic field detection. With the rapid development of optical fiber technology, micro-nano fiber has more superior optical sensing characteristics than traditional optical fiber because of its special micro-nano structure, so it has been widely favored by researchers. Based on the improvement of conventional optical fiber magnetic field sensor and combining with magnetofluid and micro / nano optical fiber technology, a kind of optical fiber magnetic field sensing system is designed in this paper. The specific work includes: 1. The optical properties of magnetofluids are studied in detail. The basic characteristics and sensing principle of micro-nano fiber are theoretically analyzed. The mode field characteristics of cylindrical and conical micro-nano fibers are analyzed by mathematical modeling and theoretical derivation. The evanescent field intensity distribution of micro-nano fibers is obtained. It provides a theoretical basis for the sensor based on evanescent field theory. 2. On the basis of theoretical research, a magnetic field sensing structure combining micro and nano fiber technology and magnetic fluid is designed, and the evanescent field sensing element of micro nano fiber is fabricated by chemical etching method. The magnetic fluid is used as evanescent field medium. The performance of the sensing structure is experimentally verified by using a straight-through optical path, and the magnetic field detection sensitivity of 0.02 渭 W/mT is obtained. In order to meet the development requirement of high sensitivity and high stability of optical fiber magnetic field sensor, a kind of high sensitivity magnetic field sensing structure based on magnetohydrodynamic micro-nano fiber evanescent field is designed. Optical fiber magnetic field sensing system against fluctuation of light source. In the process of experiment, the optical path of the experiment is optimized by theoretical analysis, and the stable sensing system of sensitivity 95.5ns/m T is finally realized. Based on the theoretical research and experimental verification, this paper provides a high sensitivity and high stability optical fiber magnetic field sensing scheme, which provides a new way to improve the sensitivity and stability in the practical research of optical fiber magnetic field sensor.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

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