本文關鍵詞：基于MF與LPFG磁場傳感方案的改進與設計

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【摘要】：長周期光纖光柵(LPFG)是一種新式的無源光纖器件,對外界溫度、應變、折射率等因素均很敏感。磁流體(MF)是一種具有明顯磁光效應的特殊液體,因其折射率會隨外界磁場的改變而改變,常被用于磁場傳感中。將LPFG的折射率敏感性與MF的磁光效應相結合,通過檢測LPFG的諧振波長偏移量可以進行磁場的測量。這種磁場傳感系統(tǒng)不僅擁有LPFG靈敏度高的優(yōu)點,還擁有MF轉換效率高的優(yōu)點,對實際應用具有一定意義。本文闡述了LPFG的傳感原理,從MF的組成、性質、應用等方面進行了詳細描述。重點對基于MF的LPFG磁場傳感器的溫度特性進行了仿真,仿真結果表明,外界溫度的變化不僅會使LPFG的諧振波長產生漂移,還會改變MF的折射率,進而影響磁場的測量精度,因此需要加入溫度改良模塊；通過對改良模塊原理的分析,得出只需測量出外界折射率與溫度值便可準確得到磁場強度的結論；針對布拉格光纖光柵(FBG)具有感溫范圍廣的優(yōu)點及方案改良的需要,研究了其包層厚度與溫度和折射率之間的關系,結果顯示,包層的厚度不會影響FBG的溫度敏感性,但會影響折射率敏感性,包層厚度越薄,折射率敏感度越高;通過對改良模塊的分析結論與FBG包層厚度的研究結果提出兩種改進方案。第一種是采用添加薄包層FBG,形成溫度與折射率同步測量的方法對原方案進行改進。通過對折射率敏感區(qū)間的分析與數(shù)值擬合,提煉出了溫度和折射率的同步測量公式。并根據(jù)MF的三維仿真圖驗證了該公式的正確性,證明了此改進方法可以提高磁場的測量精度,并且當折射率在1.45-1467之間時,該方案的磁場測量精度會達到最高。最后通過設計新式的傳感探頭,做出了改進后的系統(tǒng)模型。第二種是采用添加FBG,構成溫度補償模塊的方法對原方案進行改進。首先通過對溫補介質的對比研究,選用具有較寬感溫范圍的FBG作為溫度補償介質。然后針對FBG溫度不敏感的缺陷,選用了硼鍺共摻法、逐點寫入法和聚四氟乙烯封裝法來提高FBG的溫度靈敏度。最后通過對改進后方案的建模與分析,得出此溫補方法也可以精確測量磁場的結論,實現(xiàn)了提高磁場測量精度的目的。
【關鍵詞】：磁流體 LPFG 薄包層FBG 同步測量 溫度補償
【學位授予單位】：西安郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;TN253
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 光纖光柵傳感器的特點與應用9-11
• 1.2.1 光纖光柵傳感器的特點9
• 1.2.2 光纖光柵傳感器的應用9-11
• 1.3 光纖光柵測量磁場技術國內外的發(fā)展狀況11-13
• 1.4 本文主要研究內容13-14
• 第2章 磁流體的基本性質及特性仿真14-22
• 2.1 磁流體概述14-16
• 2.1.1 磁流體的組成14-15
• 2.1.2 磁流體的分類15
• 2.1.3 磁流體的制備15-16
• 2.2 磁流體在傳感領域的應用16-17
• 2.2.1 角度傳感器16
• 2.2.2 體積傳感器16
• 2.2.3 流量傳感器16-17
• 2.2.4 加速度傳感器17
• 2.3 磁流體性質分析及仿真17-20
• 2.3.1 磁流體性質分析17-19
• 2.3.2 磁流體折射率與磁場和溫度的仿真19-20
• 2.4 本章小結20-22
• 第3章 LPFG與FBG的傳感原理及特性仿真22-40
• 3.1 LPFG傳感的基本原理及應用22-29
• 3.1.1 LPFG耦合原理與頻譜特性22-24
• 3.1.2 LPFG的制作方法24-26
• 3.1.3 LPFG的應用26-29
• 3.2 LPFG的特性仿真29-31
• 3.2.1 LPFG溫度特性仿真29-30
• 3.2.2 LPFG折射率特性仿真30-31
• 3.3 FBG的特性分析31-35
• 3.3.1 FBG溫度特性分析31-33
• 3.3.2 FBG應力特性分析33-35
• 3.4 薄包層FBG的基本理論與特性仿真35-39
• 3.4.1 薄包層FBG的基本理論35-36
• 3.4.2 薄包層FBG折射率特性與仿真36-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 采取薄包層FBG與LPFG的混并式結構改進方案40-54
• 4.1 基于MF與LPFG傳感方案的缺陷分析及改進思路40-41
• 4.2 基于薄包層FBG與LPFG混并式結構的分析及驗證41-49
• 4.2.1 光纖光柵的折射率區(qū)間及溫度特性分析與擬合41-46
• 4.2.2 同步測量溫度與折射率的公式及可行性分析46-49
• 4.3 混并式結構傳感探頭的制作49-50
• 4.4 采用混并式結構改進實驗方案50-51
• 4.4.1 改進后方案的原理綜述50-51
• 4.4.2 改進后方案的方案模型51
• 4.5 本章小結51-54
• 第5章 采取FBG的溫補辦法改進方案54-62
• 5.1 LPFG的溫補方案分析與選擇54-56
• 5.1.1 采用涂覆材料溫度補償54-55
• 5.1.2 熱敏材料溫度補償55-56
• 5.1.3 FBG溫度補償56
• 5.2 FBG的溫度敏感性分析與增強方法56-58
• 5.2.1 FBG的溫度敏感性分析56-57
• 5.2.2 增強敏感性的方法選擇57-58
• 5.3 采取FBG的溫補辦法改進實驗方案58-60
• 5.3.1 改進后方案的可行性分析58-59
• 5.3.2 改進后的系統(tǒng)模型59-60
• 5.4 本章小結60-62
• 第6章 結論和展望62-64
• 6.1 全文總結62-63
• 6.2 下一步展望63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀學位期間取得的研究成果68-70
• 致謝70-72

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