海洋是人類生存和發(fā)展的重要空間和資源寶庫(kù)。對(duì)海洋的精確探測(cè)和持續(xù)觀測(cè)有助于人類更好地了解海洋和發(fā)展海洋。在眾多海洋水文要素中,對(duì)海水鹽度的測(cè)量尤其重要。本文研究了全光纖海洋鹽度傳感技術(shù),基于光纖有源內(nèi)腔傳感技術(shù),采用反射式光纖多模干涉結(jié)構(gòu),通過(guò)測(cè)量海水的折射率來(lái)間接測(cè)量海水的鹽度,實(shí)現(xiàn)了海水鹽度的高精度測(cè)量。本文的主要研究工作歸納如下:（1）介紹了海洋鹽度傳感器的研究背景、海洋鹽度的定義與發(fā)展以及基于電極式電導(dǎo)率傳感器的海洋鹽度檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)目前光纖傳感實(shí)現(xiàn)溶液折射率測(cè)量的各種技術(shù)方案,闡述了基于多模干涉結(jié)構(gòu)的光纖傳感器在海洋鹽度測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。（2）基于無(wú)芯光纖多模干涉結(jié)構(gòu)的分立式無(wú)源海洋鹽度傳感系統(tǒng)傳感特性的研究。根據(jù)多模干涉結(jié)構(gòu)的光纖傳感理論,對(duì)基于無(wú)芯光纖的多模干涉結(jié)構(gòu)的折射率和溫度傳感特性進(jìn)行模擬,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和論證。基于無(wú)芯光纖的多模干涉結(jié)構(gòu)的折射率靈敏度為125.23nm/RIU,溫度靈敏度為6.11pm/°C。該光纖傳感結(jié)構(gòu)具有折射率靈敏度高,溫度交叉敏感小的特點(diǎn)。分立式無(wú)源傳感系統(tǒng)的鹽度探測(cè)極限為2.45‰。（3）基于無(wú)芯光纖多模干涉結(jié)構(gòu)的有源內(nèi)腔調(diào)... 

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三電極電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)[33]

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文6導(dǎo)率傳感，人們開(kāi)發(fā)出了四電極電導(dǎo)率傳感器，其中兩個(gè)為電壓電極，兩個(gè)為電流電極。電流電極呈半球形，電壓電極呈環(huán)形，兩者同軸制作，如圖1-2所示。在測(cè)量過(guò)程中，在電流電極兩端接入交流激勵(lì)信號(hào)，從而在兩極板間的海水中形成交變電常利用同軸的電壓電極接收兩極板間的壓降并通過(guò)解調(diào)電路保持電壓恒定，通過(guò)測(cè)量電極間的電流就能算出電導(dǎo)池內(nèi)海水的等效電阻，從而得出海水的電導(dǎo)率。四電極電導(dǎo)率傳感器將電壓電極和電流電極分開(kāi)，有效避免了電極極化對(duì)電導(dǎo)率測(cè)量的影響[32]。但如果電流電極和電壓電極存在偏心，就會(huì)對(duì)四電極電導(dǎo)率傳感器的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，這就要求在電極加工的過(guò)程中，電流電極和電壓電極精確同心，加劇了四電極電導(dǎo)池加工的難度和成本。圖1-2四電極結(jié)構(gòu)[33]結(jié)合三電極電導(dǎo)池和四電極電導(dǎo)池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，人們開(kāi)發(fā)了基于七電極電導(dǎo)池的海洋鹽度傳感器，其電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，在圓形管上嵌入了七個(gè)環(huán)形電極[33]。中間的電極為電流電極，激勵(lì)電流通過(guò)它輸入到電導(dǎo)池中，經(jīng)待測(cè)海水后從兩端的電流電極流出。同樣將兩端的電流電極通過(guò)解調(diào)電路接地，起到對(duì)電導(dǎo)池外電磁干擾的屏蔽作用。在中間電流電極和兩端電流電極之間有兩對(duì)電壓電極。當(dāng)電流從中間電極流向兩邊的過(guò)程中，在電導(dǎo)池內(nèi)建立感應(yīng)電場(chǎng)，從而在兩對(duì)電壓電極之間產(chǎn)生電壓差。通過(guò)測(cè)量?jī)蓚�(gè)電壓差計(jì)算電導(dǎo)池內(nèi)海水的等效電阻，獲得海水的電導(dǎo)率。同樣將電壓電極和電流電極分開(kāi)，避免電極極化對(duì)電導(dǎo)率測(cè)量產(chǎn)生的影響。七電極電導(dǎo)率傳感器集中了三電極和四電極電導(dǎo)池的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了電導(dǎo)率的測(cè)量精度[34]。而且，七電極電導(dǎo)池口徑大，尺寸小，無(wú)需外加潛水泵就能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)池內(nèi)外海水的充分交換。

第1章緒論7圖1-3七電極電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)[33]目前，電極式電導(dǎo)率傳感器未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)是多電極化，旨在補(bǔ)償基于電化學(xué)法測(cè)量海水鹽度技術(shù)方案的原始缺陷，如測(cè)量易受電磁干擾、極化效應(yīng)的影響等，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的海水電導(dǎo)率的測(cè)量。1.4基于光纖傳感技術(shù)的海洋鹽度檢測(cè)法光纖傳感技術(shù)始于二十世紀(jì)七十年代，目前已廣泛用于濕度[35-36]、溫度[37-39]、應(yīng)變[40-42]、磁場(chǎng)[43-45]、曲率[46-48]等多種物理量的測(cè)量以及結(jié)構(gòu)健康度的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域[49-50]。光纖傳感器利用光纖傳輸信號(hào)，具有諸多傳統(tǒng)傳感器所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如抗電磁干擾，絕緣性高，防爆性能好，耐腐蝕，體積小，便于組網(wǎng)等[51]。隨著光纖傳感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，人們又提出了基于光纖傳感的海水鹽度檢測(cè)技術(shù)。由于基于光纖傳感的海水鹽度檢測(cè)技術(shù)通過(guò)環(huán)境對(duì)光纖中傳輸光信號(hào)的調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感，可以規(guī)避基于電化學(xué)法進(jìn)行海水鹽度測(cè)量的原始缺陷，近年來(lái)得到越來(lái)越多的關(guān)注。它的實(shí)現(xiàn)方式主要是通過(guò)敏感材料或海水折射率實(shí)現(xiàn)海水鹽度的間接測(cè)量。1.4.1基于敏感材料的鹽度檢測(cè)法當(dāng)海水的鹽度發(fā)生改變時(shí)，光纖傳感器表面涂覆的敏感材料的體積會(huì)隨之改變。敏感材料這種隨海水鹽度相對(duì)應(yīng)的形變會(huì)調(diào)制光纖傳感器中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，從而使光信號(hào)攜帶有海水鹽度的信息。目前，敏感材料一般為鹽度敏感型水凝膠

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]七電極電導(dǎo)率傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 范寒柏,胡楊,黨武松.  電子科技. 2013(12)
[2]海洋觀測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀綜述[J]. 尹路,李延斌,馬金鋼.  艦船電子工程. 2013(11)
[3]感應(yīng)式低電導(dǎo)率傳感器設(shè)計(jì)[J]. 蘭卉,林玉池,賈文娟,李紅志.  傳感器與微系統(tǒng). 2012(10)
[4]電導(dǎo)率傳感器發(fā)展概況[J]. 周明軍,尤佳,秦浩,傅巍,劉其中,徐振忠.  傳感器與微系統(tǒng). 2010(04)
[5]一種用于鹽度測(cè)量的光纖傳感器[J]. 韓悅文,李小剛,陳榮.  激光生物學(xué)報(bào). 2005(04)
[6]1978年國(guó)際實(shí)用鹽標(biāo)、1980年國(guó)際海水狀態(tài)方程的使用,給海洋水文計(jì)算中可能帶來(lái)的修正[J]. 侍茂崇,杜波.  黃渤海海洋. 1987(01)
[7]海水鹽度簡(jiǎn)易計(jì)算法[J]. 張乃禹.  海洋科學(xué). 1982(03)
[8]鹽度的最新定義和標(biāo)準(zhǔn)[J]. 辛學(xué)毅.  海洋科技資料. 1980(05)

碩士論文
[1]七電極電導(dǎo)率傳感器及CTD測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)研究[D]. 蘭卉.天津大學(xué) 2012
[2]多模干涉型光耦合器研究[D]. 劉杰.西安電子科技大學(xué) 2008
[3]溶液電導(dǎo)率測(cè)量方法的研究[D]. 蘭敬輝.大連理工大學(xué) 2002



本文編號(hào)：3141157