海洋是人類生存和發(fā)展的重要空間和資源寶庫。對海洋的精確探測和持續(xù)觀測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,對海水鹽度的測量尤其重要。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),通過測量海水的折射率來間接測量海水的鹽度,實(shí)現(xiàn)了海水鹽度的高精度測量。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技術(shù)發(fā)展趨勢。根據(jù)目前光纖傳感實(shí)現(xiàn)溶液折射率測量的各種技術(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量領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。（2）基于無芯光纖多模干涉結(jié)構(gòu)的分立式無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,對基于無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,并通過實(shí)驗進(jìn)行分析和論證�；跓o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)。分立式無源傳感系統(tǒng)的鹽度探測極限為2.45‰。（3）基于無芯光纖多模干涉結(jié)構(gòu)的有源內(nèi)腔調(diào)... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

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，人們開發(fā)出了四電極電導(dǎo)率傳感器，其中兩個為電壓電極，兩個為電流電極。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。在測量過程中，在電流電極兩端接入交流激勵信號，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解調(diào)電路保持電壓恒定，通過測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，有效避免了電極極化對電導(dǎo)率測量的影響[32]。但如果電流電極和電壓電極存在偏心，就會對四電極電導(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，人們開發(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環(huán)形電極[33]。中間的電極為電流電極，激勵電流通過它輸入到電導(dǎo)池中，經(jīng)待測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解調(diào)電路接地，起到對電導(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電壓電極。當(dāng)電流從中間電極流向兩邊的過程中，在電導(dǎo)池內(nèi)建立感應(yīng)電場，從而在兩對電壓電極之間產(chǎn)生電壓差。通過測量兩個電壓差計算電導(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，避免電極極化對電導(dǎo)率測量產(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)率的測量精度[34]。而且，七電極電導(dǎo)池口徑大，尺寸小，無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)率傳感器未來發(fā)展的趨勢是多電極化，旨在補(bǔ)償基于電化學(xué)法測量海水鹽度技術(shù)方案的原始缺陷，如測量易受電磁干擾、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)率的測量。1.4基于光纖傳感技術(shù)的海洋鹽度檢測法光纖傳感技術(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[43-45]、曲率[46-48]等多種物理量的測量以及結(jié)構(gòu)健康度的監(jiān)測領(lǐng)域[49-50]。光纖傳感器利用光纖傳輸信號，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技術(shù)。由于基于光纖傳感的海水鹽度檢測技術(shù)通過環(huán)境對光纖中傳輸光信號的調(diào)制來實(shí)現(xiàn)傳感，可以規(guī)避基于電化學(xué)法進(jìn)行海水鹽度測量的原始缺陷，近年來得到越來越多的關(guān)注。它的實(shí)現(xiàn)方式主要是通過敏感材料或海水折射率實(shí)現(xiàn)海水鹽度的間接測量。1.4.1基于敏感材料的鹽度檢測法當(dāng)海水的鹽度發(fā)生改變時，光纖傳感器表面涂覆的敏感材料的體積會隨之改變。敏感材料這種隨海水鹽度相對應(yīng)的形變會調(diào)制光纖傳感器中傳輸?shù)墓庑盘�，從而使光信號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
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碩士論文
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本文編號：3141157