本文關(guān)鍵詞：基于MF與LPFG磁場(chǎng)傳感方案的改進(jìn)與設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 磁流體 LPFG 薄包層FBG 同步測(cè)量 溫度補(bǔ)償

【摘要】：長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)是一種新式的無源光纖器件,對(duì)外界溫度、應(yīng)變、折射率等因素均很敏感。磁流體(MF)是一種具有明顯磁光效應(yīng)的特殊液體,因其折射率會(huì)隨外界磁場(chǎng)的改變而改變,常被用于磁場(chǎng)傳感中。將LPFG的折射率敏感性與MF的磁光效應(yīng)相結(jié)合,通過檢測(cè)LPFG的諧振波長(zhǎng)偏移量可以進(jìn)行磁場(chǎng)的測(cè)量。這種磁場(chǎng)傳感系統(tǒng)不僅擁有LPFG靈敏度高的優(yōu)點(diǎn),還擁有MF轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn),對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有一定意義。本文闡述了LPFG的傳感原理,從MF的組成、性質(zhì)、應(yīng)用等方面進(jìn)行了詳細(xì)描述。重點(diǎn)對(duì)基于MF的LPFG磁場(chǎng)傳感器的溫度特性進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明,外界溫度的變化不僅會(huì)使LPFG的諧振波長(zhǎng)產(chǎn)生漂移,還會(huì)改變MF的折射率,進(jìn)而影響磁場(chǎng)的測(cè)量精度,因此需要加入溫度改良模塊；通過對(duì)改良模塊原理的分析,得出只需測(cè)量出外界折射率與溫度值便可準(zhǔn)確得到磁場(chǎng)強(qiáng)度的結(jié)論；針對(duì)布拉格光纖光柵(FBG)具有感溫范圍廣的優(yōu)點(diǎn)及方案改良的需要,研究了其包層厚度與溫度和折射率之間的關(guān)系,結(jié)果顯示,包層的厚度不會(huì)影響FBG的溫度敏感性,但會(huì)影響折射率敏感性,包層厚度越薄,折射率敏感度越高;通過對(duì)改良模塊的分析結(jié)論與FBG包層厚度的研究結(jié)果提出兩種改進(jìn)方案。第一種是采用添加薄包層FBG,形成溫度與折射率同步測(cè)量的方法對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)。通過對(duì)折射率敏感區(qū)間的分析與數(shù)值擬合,提煉出了溫度和折射率的同步測(cè)量公式。并根據(jù)MF的三維仿真圖驗(yàn)證了該公式的正確性,證明了此改進(jìn)方法可以提高磁場(chǎng)的測(cè)量精度,并且當(dāng)折射率在1.45-1467之間時(shí),該方案的磁場(chǎng)測(cè)量精度會(huì)達(dá)到最高。最后通過設(shè)計(jì)新式的傳感探頭,做出了改進(jìn)后的系統(tǒng)模型。第二種是采用添加FBG,構(gòu)成溫度補(bǔ)償模塊的方法對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)。首先通過對(duì)溫補(bǔ)介質(zhì)的對(duì)比研究,選用具有較寬感溫范圍的FBG作為溫度補(bǔ)償介質(zhì)。然后針對(duì)FBG溫度不敏感的缺陷,選用了硼鍺共摻法、逐點(diǎn)寫入法和聚四氟乙烯封裝法來提高FBG的溫度靈敏度。最后通過對(duì)改進(jìn)后方案的建模與分析,得出此溫補(bǔ)方法也可以精確測(cè)量磁場(chǎng)的結(jié)論,實(shí)現(xiàn)了提高磁場(chǎng)測(cè)量精度的目的。
【關(guān)鍵詞】：磁流體 LPFG 薄包層FBG 同步測(cè)量 溫度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TN253
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 光纖光柵傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用9-11
• 1.2.1 光纖光柵傳感器的特點(diǎn)9
• 1.2.2 光纖光柵傳感器的應(yīng)用9-11
• 1.3 光纖光柵測(cè)量磁場(chǎng)技術(shù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r11-13
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 第2章 磁流體的基本性質(zhì)及特性仿真14-22
• 2.1 磁流體概述14-16
• 2.1.1 磁流體的組成14-15
• 2.1.2 磁流體的分類15
• 2.1.3 磁流體的制備15-16
• 2.2 磁流體在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用16-17
• 2.2.1 角度傳感器16
• 2.2.2 體積傳感器16
• 2.2.3 流量傳感器16-17
• 2.2.4 加速度傳感器17
• 2.3 磁流體性質(zhì)分析及仿真17-20
• 2.3.1 磁流體性質(zhì)分析17-19
• 2.3.2 磁流體折射率與磁場(chǎng)和溫度的仿真19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-22
• 第3章 LPFG與FBG的傳感原理及特性仿真22-40
• 3.1 LPFG傳感的基本原理及應(yīng)用22-29
• 3.1.1 LPFG耦合原理與頻譜特性22-24
• 3.1.2 LPFG的制作方法24-26
• 3.1.3 LPFG的應(yīng)用26-29
• 3.2 LPFG的特性仿真29-31
• 3.2.1 LPFG溫度特性仿真29-30
• 3.2.2 LPFG折射率特性仿真30-31
• 3.3 FBG的特性分析31-35
• 3.3.1 FBG溫度特性分析31-33
• 3.3.2 FBG應(yīng)力特性分析33-35
• 3.4 薄包層FBG的基本理論與特性仿真35-39
• 3.4.1 薄包層FBG的基本理論35-36
• 3.4.2 薄包層FBG折射率特性與仿真36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 采取薄包層FBG與LPFG的混并式結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案40-54
• 4.1 基于MF與LPFG傳感方案的缺陷分析及改進(jìn)思路40-41
• 4.2 基于薄包層FBG與LPFG混并式結(jié)構(gòu)的分析及驗(yàn)證41-49
• 4.2.1 光纖光柵的折射率區(qū)間及溫度特性分析與擬合41-46
• 4.2.2 同步測(cè)量溫度與折射率的公式及可行性分析46-49
• 4.3 混并式結(jié)構(gòu)傳感探頭的制作49-50
• 4.4 采用混并式結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案50-51
• 4.4.1 改進(jìn)后方案的原理綜述50-51
• 4.4.2 改進(jìn)后方案的方案模型51
• 4.5 本章小結(jié)51-54
• 第5章 采取FBG的溫補(bǔ)辦法改進(jìn)方案54-62
• 5.1 LPFG的溫補(bǔ)方案分析與選擇54-56
• 5.1.1 采用涂覆材料溫度補(bǔ)償54-55
• 5.1.2 熱敏材料溫度補(bǔ)償55-56
• 5.1.3 FBG溫度補(bǔ)償56
• 5.2 FBG的溫度敏感性分析與增強(qiáng)方法56-58
• 5.2.1 FBG的溫度敏感性分析56-57
• 5.2.2 增強(qiáng)敏感性的方法選擇57-58
• 5.3 采取FBG的溫補(bǔ)辦法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案58-60
• 5.3.1 改進(jìn)后方案的可行性分析58-59
• 5.3.2 改進(jìn)后的系統(tǒng)模型59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-62
• 第6章 結(jié)論和展望62-64
• 6.1 全文總結(jié)62-63
• 6.2 下一步展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果68-70
• 致謝70-72

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋德慧;;浸液法測(cè)量單透鏡的折射率[J];應(yīng)用光學(xué);1983年04期

2 張漢壯,國(guó)秀珍,姜云,金光旭;相干場(chǎng)作用下介質(zhì)的探測(cè)譜及折射率譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)量[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2000年04期

3 閻冰,陳萬湘;C_(60)對(duì)有機(jī)聚合物折射率的影響[J];河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年03期

4 解延雷;張濤;朱民;辛督強(qiáng);;一種二元溶液折射率的計(jì)算方法[J];光學(xué)技術(shù);2006年S1期

5 俞世鋼;;液體折射率測(cè)定方法分析[J];光學(xué)儀器;2007年04期

6 尉繼征;黃宇彬;景遐斌;;傅里葉變換表面等離子體共振頻率對(duì)金膜表面溶液折射率響應(yīng)[J];應(yīng)用化學(xué);2012年02期

7 繆慶元;崔俊;胡蕾蕾;何健;何平安;黃德修;;載流子導(dǎo)引的折射率變化偏振相關(guān)性研究[J];物理學(xué)報(bào);2012年20期

8 馬文英;羅吉;許誠昕;凌味未;汪為民;;金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)光譜響應(yīng)及折射率靈敏度的影響[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2012年12期

9 張樹業(yè) ,康維國(guó) ,常麗華 ,文明珠 ,段國(guó)正 ,李玉環(huán);多用雙變折射儀及其在礦物折射率測(cè)定中的應(yīng)用[J];長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào);1981年01期

10 宋德慧;;紅外折射率的測(cè)定與經(jīng)驗(yàn)公式的討論[J];應(yīng)用光學(xué);1984年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃耀熊;;折射率微球傳感器及其在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用[A];第八屆全國(guó)光生物學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2013年

2 王雨雷;呂志偉;何偉明;;強(qiáng)激光在非線性介質(zhì)中的自聚焦特性[A];江蘇、山東、河南、江西、黑龍江五省光學(xué)（激光）聯(lián)合學(xué)術(shù)'05年會(huì)論文集[C];2005年

3 譚嬋源;黃耀熊;;溶液折射率與其溫度和濃度的關(guān)系研究[A];廣東省生物物理學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2013年

4 岳良躍;查悅明;黃耀熊;;可測(cè)定生物微區(qū)及單個(gè)微球折射率簡(jiǎn)便測(cè)定[A];中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)“第十一屆全國(guó)激光生物學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議”暨《激光生物學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊廿周年慶祝會(huì)、第十屆粵港生物物理研討會(huì)暨2012年廣東生物物理學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議資料[C];2012年

5 李波;辜姣;;運(yùn)用SPR檢測(cè)技術(shù)測(cè)量溶液濃度[A];湖北省物理學(xué)會(huì)、武漢物理學(xué)會(huì)2004’學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

6 周瑜;賈光明;張貴忠;向望華;劉國(guó)標(biāo);劉春江;;用高精度法布里-珀羅干涉儀測(cè)量液體的折射率[A];第十七屆全國(guó)激光學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

7 趙慧潔;王魁;;分界面厚度方法在氣動(dòng)光學(xué)波前失真仿真中的研究[A];2006年全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議文集（A 光電系統(tǒng)總體技術(shù)專題）[C];2006年

8 胡守信;汪秉宏;;高速公路海市蜃樓現(xiàn)象的數(shù)值模擬[A];第十六次全國(guó)原子、原子核物理研討會(huì)暨全國(guó)近代物理研究會(huì)第九屆年會(huì)論文集[C];2006年

9 胡守信;汪秉宏;;高速公路前方海市蜃樓現(xiàn)象的數(shù)值模擬[A];全國(guó)復(fù)雜系統(tǒng)研究論壇論文集（二）[C];2005年

10 王小真;董小鵬;李偉文;;靈敏度增強(qiáng)的光纖Bragg光柵折射率傳感特性分析[A];全國(guó)第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蘭國(guó)強(qiáng);基于液體棱鏡耦合方式的表面等離子體共振傳感特性和應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 鄒芳;鍍高折射率納米薄膜長(zhǎng)周期光纖光柵傳感特性研究[D];上海大學(xué);2016年

3 李強(qiáng);液體折射率及液相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量方法研究[D];云南大學(xué);2013年

4 鄧詩濤;變折射率介質(zhì)中的光傳輸及像質(zhì)評(píng)價(jià)[D];浙江大學(xué);2008年

5 丁金妃;光纖光柵折射率傳感技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2006年

6 王若暉;新型光纖氣體折射率傳感器研究[D];西北大學(xué);2014年

7 粟鵬義;非均勻波的反射與透射研究[D];上海交通大學(xué);2009年

8 王槿;基于導(dǎo)數(shù)全內(nèi)反射法的組織復(fù)折射率測(cè)量及應(yīng)用研究[D];南開大學(xué);2013年

9 景寧;宏彎曲塑料光纖折射率傳感特性研究[D];吉林大學(xué);2015年

10 汪揚(yáng)春;光纖折射率傳感和信號(hào)解調(diào)技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 侯佳朋;光纖光柵折射率傳感技術(shù)研究[D];燕山大學(xué);2015年

2 任琦睿;STMS型光纖液體折射率傳感器的研究[D];太原理工大學(xué);2016年

3 吳明宇;基于飛秒激光加工的微孔單模光纖液體折射率傳感器研究[D];吉林大學(xué);2016年

4 邱旭徽;表面等離子體共振傾斜光纖光柵折射率傳感與解調(diào)新方法研究[D];暨南大學(xué);2016年

5 李琪;基于倏逝場(chǎng)的塑料光纖液體折射率傳感技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2016年

6 陳旭旺;提高LED封裝用環(huán)氧樹脂折射率的研究[D];南京理工大學(xué);2016年

7 吳磊;基于MF與LPFG磁場(chǎng)傳感方案的改進(jìn)與設(shè)計(jì)[D];西安郵電大學(xué);2016年

8 張晨亮;空心光纖中的多模干涉及在折射率傳感中的應(yīng)用[D];天津大學(xué);2009年

9 高偉強(qiáng);基于線陣CCD的液體折射率實(shí)時(shí)測(cè)量裝置設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

10 夏國(guó)正;近臨界流體密度及折射率的實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：570089