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微纳多芯光纤海水盐度测量技术研究

2020-12-02阅读(522)

微纳多芯光纤海水盐度测量技术研究

论文摘要

海水盐度是衡量海水中含盐量的指标。它是海水的一个基本参数,是研究海洋动力学、季节气候预测、水产养殖及水质污染监测的重要特征。光纤干涉仪适用环境灵活、测量结果准确、不受电磁干扰影响,被广泛应用于海水盐度测量。本文主要研究微纳多芯光纤干涉式传感器的折射率特性和温度特性。首先对干涉型传感器进行理论分析,然后进行软件仿真,最后进行折射率实验和温度实验,总结出传感器的传输规律。具体内容和结构安排如下:首先,介绍了几种海水盐度测量方法及干涉式海水盐度传感器研究现状。分析了光纤Michelson干涉仪的折射率测量原理,根据耦合模理论分析了三芯光纤传输特性,为本文实验奠定了理论依据。其次,搭建双臂Michelson干涉式传感器,通过熔融拉锥法和刻写长周期光纤光栅法制作传感单元。进行实验测量上述两种传感器的折射率特性,实验结果表明:以长周期光栅作传感单元的传感器在1.33241.3492区间内,折射率灵敏度为-409.91nm/RIU,且折射率特性线性度良好。再次,建立三芯光纤的有限元仿真模型,得到其折射率灵敏度与光纤直径的关系曲线。制作了四种不同拉锥长度的微纳多芯光纤Mach-Zehnder干涉仪,实验测得四种不同规格传感器的折射率灵敏度逐渐增大,实验结果与仿真结论一致。拉锥长度16.20mm的微纳多芯光纤Mach-Zehnder干涉仪折射率灵敏度可达到5815.50nm/RIU。用规格为15.99mm的传感器进行温度实验,测得其温度灵敏度具有良好的线性特性。最后,选取几种海水样品作为待测溶液,用规格为16.20mm的传感器测量其折射率。实验结果显示,该传感器测量结果误差小于0.35‰,具有很高的实用价值和研究价值。最终得出结论:微纳多芯光纤Mach-Zehnder结构传感器灵敏度高,折射率特性线性度良好,在海水盐度测量领域有广阔的应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 盐度的定义
  •   1.3 盐度检测技术
  •     1.3.1 电导率法
  •     1.3.2 折射率法
  •     1.3.3 表面等离子共振法
  •     1.3.4 微波遥感法
  •     1.3.5 布里渊散射法
  •     1.3.6 光纤传感法
  •   1.4 光纤干涉式海水盐度传感器研究现状
  •   1.5 论文内容及章节安排
  • 第2章 光纤Michelson干涉仪传感原理
  •   2.1 引言
  •   2.2 单模光纤Michelson干涉仪理论分析
  •     2.2.1 单模光纤Michelson干涉仪工作原理
  •     2.2.2 单模光纤Michelson干涉仪折射率传感器理论分析
  •   2.3 三芯光纤的传输特性
  •     2.3.1 三芯光纤的波导耦合特性
  •     2.3.2 波导耦合的基本参数
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 单模光纤Michelson干涉仪的实验研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 基于锥形传感单元的光纤Michelson干涉仪的实验研究
  •     3.2.1 光纤拉锥的制备
  •     3.2.2 基于锥形传感单元的光纤Michelson干涉仪的工作原理
  •     3.2.3 基于锥形传感单元的光纤Michelson干涉仪折射率实验研究
  •   3.3 基于LPFG的光纤Michelson干涉仪的实验研究
  •     3.3.1 LPFG的制作
  •     3.3.2 基于LPFG的光纤Michelson干涉仪的理论分析
  •     3.3.3 基于LPFG的光纤Michelson干涉仪的传感原理
  •     3.3.4 基于LPFG的光纤Michelson干涉仪折射率特性研究
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 多芯光纤Michelson干涉仪折射率传感实验研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 三芯光纤Michelson干涉仪工作原理
  •     4.2.1 光路结构
  •     4.2.2 理论分析
  •   4.3 基于多芯光纤Michelson干涉仪的制作及折射率溶液配制
  •     4.3.1 光纤熔接
  •     4.3.2 传感单元制作
  •   4.4 实验研究
  •     4.4.1 实验系统搭建
  •     4.4.2 实验研究
  •   4.5 本章小结
  • 第5章 基于微纳多芯光纤的干涉式传感器研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 微纳光纤理论
  •   5.3 基于微纳多芯光纤的Michelson干涉仪的制作及实验研究
  •     5.3.1 工作原理
  •     5.3.2 干涉仪的制作
  •     5.3.3 折射率传感器实验研究
  •   5.4 基于微纳多芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪制作及实验研究
  •     5.4.1 基于微纳多芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪的工作原理
  •     5.4.2 基于微纳多芯光纤Mach-Zehnder干涉仪的制作
  •     5.4.3 基于微纳多芯光纤Mach-Zehnder干涉仪折射率传感器的实验研究
  •     5.4.4 实验准确性分析
  •     5.4.5 折射率与温度交叉敏感问题解决方案
  •   5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张瑾

    导师: 齐跃峰,李卫

    关键词: 多芯光纤,微纳光纤,干涉,海水盐度,折射率

    来源: 燕山大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 海洋学,自动化技术

    单位: 燕山大学

    基金: 国家自然基金项目“水下多参量光纤传感基础研究”(项目编号:61735011)

    分类号: TP212;P714.1

    DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000378

    总页数: 68

    文件大小: 2951K

    下载量: 118

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