發(fā)布時間：2021-03-31 12:09

　　長周期光纖光柵是一種周期為幾百微米的光纖光柵,由于損耗低、背向散射小、制作簡單以及成本低等優(yōu)點,在光纖傳感和光通信領(lǐng)域具有良好的應用前景,是近幾十年發(fā)展最為迅速的光纖器件之一。目前,長周期光纖光柵更多地應用于諸如水液位和溫度傳感等低折射率介質(zhì)傳感領(lǐng)域,在高折射率傳感領(lǐng)域的應用相對較少。在實際的應用中,像汽油、柴油和化學試劑等易燃易爆品的折射率均高于光纖的折射率�；诖�,本文主要是對長周期光纖光柵在高折射率液體中的傳感應用展開研究。首先,本文設計并制作了一種基于長周期光纖光柵的反射式傳感器。該裝置主要由單模長周期光纖光柵（long period fiber grating,LPFG）構(gòu)成,其光柵后面尾纖的涂覆層全部剝掉并且尾纖端面涂有銀膜。結(jié)構(gòu)簡單,制作容易。使用的單模光纖更有利于光泄露到外部環(huán)境的介質(zhì)中。其次,將該傳感器應用到液位傳感實驗中。利用長周期光纖光柵（LPFG）形成的導模-泄露模效應,建立了反射式LPFG導模-泄露模的理論模型,利用MATLAB對其進行仿真分析,仿真出反射光譜隨液位的變化關(guān)系。在實驗中,為液位傳感器和所測液體選擇適當?shù)膮?shù)后,在0-20 mm的液位,獲得了-0... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

功率型測液位示意圖[24]

浙江工業(yè)大學碩士學位論文4圖1-2單模-多模-布拉格光柵結(jié)構(gòu)Figure1-2.Singlemode-multimode-Bragggratingstructure在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，常見的易燃易爆品和化學試劑的折射率往往大于光纖包層折射率，因此，針對較高RI液體設計簡單且廉價的液位傳感是非常必要的。目前，應用于較高RI的光纖傳感器有SMS結(jié)構(gòu)[26]，如圖1-3所示為SMS的結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)是在兩個單模光纖（SMF）中間熔接一段去除了包層的多模光纖（multimodefiber,MMF）；當它浸沒在具有較高RI的液體（乙醇和苯甲醛混合液體）中時，MMF部分將成為泄露波導，整個結(jié)構(gòu)因此成為導模-泄露引導模式�；谛孤赌Ｊ剑S著液位的增加，功率會進行衰減傳播。但SMS結(jié)構(gòu)在測量時需要選擇適當?shù)臏y量波長或者MMF長度來保證它的靈敏度，在實際操作中，切割出微小長度的MMF具有較大難度，不容易精準操作。此外，由于在測量時需要把MMF部分浸入到液體中，導致很難進行封裝，不利于實際應用。所以即使它是測量的高折射率液體并且獲得了0.57dB/mm液位靈敏度，在實際應用中也很困難。沒有辦法大規(guī)模地投入工業(yè)生產(chǎn)和生活中。圖1-3SMS結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-3.SchematicdiagramofSMSstructure1.3溫度傳感的研究進展和現(xiàn)狀溫度測量在民用的工程建筑、商用的航空航天、船舶航運輸、電力電氣工程、生命醫(yī)學、材料化學等領(lǐng)域[27]越來越重要；傳統(tǒng)的測量溫度的方式主要是以熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測器等工具測得的信號為工作基礎，來進行溫度的測量。溫度傳感器的發(fā)展已經(jīng)很多年了，傳感器的技術(shù)也不斷地成熟，但對于傳統(tǒng)的溫度傳感器來說，它們在惡劣的條件下還是會受到很大的限制；而光纖傳感器可以很好地適應強電磁干擾或易燃易爆等場合。所以基于光纖的溫度傳感器迅速發(fā)展起來。光纖溫度傳感器與

哂薪細逺I的液體（乙醇和苯甲醛混合液體）中時，MMF部分將成為泄露波導，整個結(jié)構(gòu)因此成為導模-泄露引導模式�；谛孤赌Ｊ�，隨著液位的增加，功率會進行衰減傳播。但SMS結(jié)構(gòu)在測量時需要選擇適當?shù)臏y量波長或者MMF長度來保證它的靈敏度，在實際操作中，切割出微小長度的MMF具有較大難度，不容易精準操作。此外，由于在測量時需要把MMF部分浸入到液體中，導致很難進行封裝，不利于實際應用。所以即使它是測量的高折射率液體并且獲得了0.57dB/mm液位靈敏度，在實際應用中也很困難。沒有辦法大規(guī)模地投入工業(yè)生產(chǎn)和生活中。圖1-3SMS結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-3.SchematicdiagramofSMSstructure1.3溫度傳感的研究進展和現(xiàn)狀溫度測量在民用的工程建筑、商用的航空航天、船舶航運輸、電力電氣工程、生命醫(yī)學、材料化學等領(lǐng)域[27]越來越重要；傳統(tǒng)的測量溫度的方式主要是以熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測器等工具測得的信號為工作基礎，來進行溫度的測量。溫度傳感器的發(fā)展已經(jīng)很多年了，傳感器的技術(shù)也不斷地成熟，但對于傳統(tǒng)的溫度傳感器來說，它們在惡劣的條件下還是會受到很大的限制；而光纖傳感器可以很好地適應強電磁干擾或易燃易爆等場合。所以基于光纖的溫度傳感器迅速發(fā)展起來。光纖溫度傳感器與測量技術(shù)是電力電氣行業(yè)重要的發(fā)展方向。因為光纖具有體積孝重量輕、可纏撓、電絕緣性好、柔性彎曲、耐腐蝕、耐高溫、測量范圍大，靈敏度高等特點；在溫度測量領(lǐng)域具有重要的意義。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展與應用研究[J]. 彭海斌.  工程技術(shù)研究. 2019(13)
[2]面向海洋應用的光纖光柵溫度傳感器研究進展[J]. 王瑨,王永杰,張登攀.  激光與紅外. 2019(05)
[3]高靈敏度布喇格光纖光柵溫度傳感器[J]. 魏昊文,徐寧.  光通信技術(shù). 2019(05)
[4]基于磁致伸縮原理的液位傳感器的設計[J]. 曲義宏,付永慶.  應用科技. 2019(02)
[5]采用聚酰胺酸層的高靈敏度長周期光纖光柵溫度傳感器（英文）[J]. 安佳,王永杰,李芳,劉元輝,彭丹丹.  紅外與激光工程. 2018(08)
[6]FBG溫度傳感器交叉敏感問題的研究[J]. 張登攀,鄭艷,王瑨,王永杰.  大氣與環(huán)境光學學報. 2016(03)
[7]電容式液位傳感器的設計[J]. 李一峰,吳振陸,樊海紅.  廣東海洋大學學報. 2015(01)
[8]高精度超聲波液位測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 盧偉,王楊,趙紅東,渠建兵,夏克文.  儀表技術(shù)與傳感器. 2013(07)
[9]長周期光纖光柵的原理及譜特性研究[J]. 蘇偉理,歐啟標,張超,黃尚榮,吳康潑,江常通.  科技信息. 2011(08)
[10]新型液位檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 楊朝虹,李煥.  工礦自動化. 2009(06)

博士論文
[1]聚合物—石英復合光纖熒光傳感器的制備及其應用[D]. 崔民心.中國科學技術(shù)大學 2019
[2]接觸式溫度傳感器動態(tài)校準技術(shù)研究[D]. 李巖峰.中北大學 2018
[3]復模展開方法及其在光纖器件分析中的應用[D]. 薛林林.中國科學技術(shù)大學 2013
[4]基于長周期光纖光柵的傳感器與解調(diào)復用技術(shù)研究[D]. 姜萌.浙江大學 2010

碩士論文
[1]反射式LPFG濾波器的研究及應用[D]. 余潤澤.浙江工業(yè)大學 2017
[2]基于量子點填充的光子晶體光纖熒光溫度傳感器[D]. 尹曉金.深圳大學 2015



本文編號：3111412