【摘 要】
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随着工业技术的发展,环境污染问题受到越来越多的重视,其中重金属离子引起的水体污染得到关注。在众多金属离子检测技术中,光纤传感技术因其结构简单,抗干扰能力强、灵敏度高等特点被重点研究。但高性能的金属离子实时检测在光纤传感领域还有待突破。因此,新型的光纤金属离子检测系统具有较高的研究价值。本文基于微结构光纤与长周期光纤光栅设计了应用于金属离子溶液检测领域的光纤流体传感结构,研究了金属离子的理、化特性在
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随着工业技术的发展,环境污染问题受到越来越多的重视,其中重金属离子引起的水体污染得到关注。在众多金属离子检测技术中,光纤传感技术因其结构简单,抗干扰能力强、灵敏度高等特点被重点研究。但高性能的金属离子实时检测在光纤传感领域还有待突破。因此,新型的光纤金属离子检测系统具有较高的研究价值。本文基于微结构光纤与长周期光纤光栅设计了应用于金属离子溶液检测领域的光纤流体传感结构,研究了金属离子的理、化特性在光纤传感领域中的应用,并分析了其传感机理与光学特性。实验研究了该结构的金属离子浓度实时传感特性,并实现了对离子种类的识别。主要研究的内容与成果如下:1.提出了一种侧抛光纤-光子晶体光纤-侧抛光纤（Side-Polished Fiber-Photonic Crystal Fiber-Side-Polished Piber,SPF-PCF-SPF）的金属离子流体传感结构,理论上分析了该结构的双折射特性,实现了Sagnac干涉仪对折射率的传感。进一步地提出了该结构在光电振荡器中的应用。为了解决系统无法实现金属离子种类检测的问题,提出了一种镀膜长周期光纤光栅结构,建立了三层光纤光栅的结构模型,对光纤光栅结构的传感特性进行分析。2.搭建了基于SPF-PCF-SPF结构的流体传感系统,并对其传感特性进行了实验。测得该系统在3×10-5mol/ml～38.08×10-5mol/ml浓度范围内,干涉条纹随浓度的增加发生红移。对峰值点波长数据与浓度数据做线性拟合,获得了1.02×10~5nm·ml/mol的浓度传感灵敏度。3.为了同时实现离子识别与浓度检测,提出了基于镀膜长周期光纤光栅与SPF-PCF-SPF融合的新型光纤传感结构。首先,基于长周期光纤光栅写制技术与金属离子的螯合特性,制备了对铜离子敏感的光纤光栅传感结构,并设计实验验证了该结构对铜的离子识别能力。其次,利用长周期光纤光栅完善新型光纤流体传感系统的检测功能,并且实验验证该结构对铜离子与铁离子的识别能力与溶液的浓度传感特性,结果表明,在1150 nm附近,硫酸铜溶液的浓度传感灵敏度为9.07×10~4nm ml/mol。氯化铁溶液的浓度传感灵敏度为6.33×10~4nm·ml/mol。
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