基于干涉型的光纤传感器在湿度测量中的应用研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guqiurong
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本论文主要研究了几种新型的基于干涉型光纤传感器在湿度测量中的应用。我们首先介绍了湿度传感器的研究意义及光纤湿度传感器与传统的湿度传感器相比的优势;然后,研究了几种可适用于光纤湿度传感器的湿敏材料及其制备的方法;最后,研究了几种新型的基于涂覆不同湿敏材料的光纤湿度传感器。1、本论文中,我们设计了一种基于马赫-曾德干涉仪(M-ZI)的温度和折射率同步测量的光纤传感器。通过实验验证了,在折射率为1.339~1.370RIU(Refractive Index Unit)范围内,该结构的最高灵敏度为-248.677dB/RIU;在温度为30~95℃,该结构的最高灵敏度为-0.0982dB/℃。该光纤传感器具有受外界环境干扰小、该结构的制作成本较低、结构微小、灵敏度较高等优点,所以它将在实现同时测量温度和折射率的方面具有很大的潜力。2、本论文中,我们设计了一种基于M-ZI的光纤湿度传感器。该结构是将一段光子晶体光纤(PCF)的两端熔接在两段SMF的之间制成的,在该结构的PCF与SMF的熔接区域的PCF的气孔是坍塌结构;并在其表面涂覆甲基纤维素(MC)。实验结果表明,该结构不仅可以进行强度调制,还可以进行波长调制;在高湿度区域,其灵敏度较高分别为0.57nm/%RH,0.608dB/%RH。3、本论文中,我们设计了一种基于细芯光纤(TCF)的迈克尔逊干涉仪(MI)的表面沉积碳纳米管(CNT)的折射率传感器。将具有高折射率的CNT涂敷在TCF表面的不仅可以增加了包层模式的倏逝波与光纤外界环境的干涉,而且增加了强度的偏移。通过折射率实验结果验证了,该光纤传感器对外界折射率的改变比较敏感,可以将它用于制作光纤湿度传感器。4、本论文中,我们设计了基于TCF表面涂覆不同湿敏材料的MI的光纤湿度传感。当湿敏材料涂敷在TCF的端面上时,外界环境湿度的改变会引起它的折射率改变,引起干涉谱图的波长和强度的偏移。我们通过将不同的湿敏材料涂覆在该光纤传感器上时,该传感器的灵敏度也不同。当将甲基纤维素涂覆在该传感器上时,相对湿度在55%~85%范围内,该传感器的灵敏度约为0.224dB/%RH和0.133nm/%RH;当将羧甲基纤维素钠涂覆在该光纤传感器上时,在相对湿度为60%-85%范围内,该传感器的灵敏度分别为0.041dB/%RH和0.155nm/%RH;当涂覆壳聚糖时,灵敏度最高可达到0.058dB/%RH。通过实验验证,将不同的湿敏材料涂覆到该光纤湿度传感器上时,对该传感器的灵敏度影响不同。该传感器具有结构微小、制作简单等优点,使得它在相对湿度监测方面具有很大的潜力。
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