论文部分内容阅读
光纤声波传感器作为光纤传感技术的一种,有体积小,防电磁干扰且易于与光纤系统集成等优点,在石油勘探、水下通信、地震研究以及临床医学等领域有着广泛的应用。石墨烯及其衍生物氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),作为新型二维纳米材料已经被广泛的研究和应用,而它最有潜力的应用之一是在传感领域上的应用。本文基于石墨烯复合薄膜材料制作了一种光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉型声波传感器,并基于此传感器作了一系列研究工作,主要内容如下:本文围绕新型二维石墨烯材料的优异特性,提出将石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的复合薄膜、多层石墨烯和氧化石墨烯分别作为声压敏感薄膜材料,制作了一种光纤F-P干涉型声波传感器的结构,详细介绍了声压敏感薄膜和传感器结构的制作流程,并将该光纤声波传感器接入光纤声波探测系统,测试分析了该传感器对声波信号的响应性能,并且与传统的电学声波传感器的性能进行了比较。在本文中,首先介绍了石墨烯和光纤F-P传感技术的国内外研究现状,并详细介绍了石墨烯在气体检测和声学等光纤传感领域上应用的研究现状;然后详细介绍了石墨烯和氧化石墨烯的特性和制备方法,并对光纤声波传感技术的基本原理作了详细的阐述,为后续将石墨烯材料作为声压敏感薄膜制作光纤F-P声波传感器的制备工艺提供了理论基础。其次,在了解膜片式光纤F-P声波传感器原理的基础上,我们详细探讨了传感器的参数设计、材料选择以及将石墨烯材料制作成光纤F-P干涉型声波传感器的制备工艺。最后我们将传感器接入光纤声波系统,从响应特性、信噪比、灵敏度以及稳定性等方面测试了基于石墨烯复合薄膜材料的光纤F-P声波传感器的性能,并且从薄膜厚度和F-P传感器结构上对光纤声波传感器的性能进行了优化与改善。实验结果表明基于石墨烯复合薄膜的光纤F-P声波传感器比传统的电学声波传感器具有更优异的声波敏感特性,更适合应用于强电磁干扰、狭小空间等环境的微声压传感领域。