環(huán)境濕度在傳統(tǒng)與新興領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái),各行業(yè)對(duì)濕度測(cè)量的要求不斷提高,光纖濕度傳感器憑借抗電磁干擾、體積小、靈敏度高、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸成為濕度傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。錐形光纖因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性,相對(duì)于普通光纖在很大程度上提高了光纖傳感器的響應(yīng)速度,縮小了器件的尺寸,拓展了其應(yīng)用范圍。本文選用氧化石墨烯作為濕敏材料,提出了一種新型錐形光纖濕度傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要內(nèi)容包括:首先,介紹了光纖濕度傳感器的分類(lèi),討論了國(guó)內(nèi)外光纖濕度傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,從幾何理論與波動(dòng)理論的角度分析了光在錐形光纖中的傳輸特性,進(jìn)一步分析了倏逝波傳感理論,奠定了濕度傳感實(shí)驗(yàn)研究的理論基礎(chǔ)。討論了錐形光纖的不同制備方式,實(shí)驗(yàn)最終采取熔融拉錐法制備雙錐形結(jié)構(gòu)的傳感光纖。其次,氧化石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)決定了其物理化學(xué)特性,本文從內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā),剖析選用氧化石墨烯作為濕敏薄膜的基本原理。具有層間結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯含有大量含氧官能團(tuán),與環(huán)境濕度相互作用（吸收或釋放空氣中水分子）致其自身折射率的改變,與光纖結(jié)合時(shí)表現(xiàn)為光傳輸特性的改變。設(shè)計(jì)中采用滴定法鍍膜工藝制成氧化石墨烯—錐形光纖的傳感探頭。第三,搭建光功率—濕度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)... 

【文章來(lái)源】：中央民族大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?Ｆ－Ｐ干涉儀原理圖??１．２．２非干涉型光纖濕度傳感器??

典型的光纖布拉格光纖光柵（ＦＢＧ）濕度傳感器［９］原理如圖１－４所示，在ＦＢＧ１的表面??涂覆一層改性聚酰亞胺濕敏薄膜提高其濕敏特性，當(dāng)外部濕度增加時(shí)，濕敏材料因吸收??水分子而膨脹，使得ＦＢＧ１區(qū)域產(chǎn)生軸向ｚ方向的微小形變，從而導(dǎo)致布拉格光柵的反??射中心波長(zhǎng)的偏移，考慮到ＦＢＧ１區(qū)域受環(huán)境溫度變化而熱脹冷縮，這一變化會(huì)對(duì)布拉??格光柵的周期產(chǎn)生影響，ＦＢＧ１區(qū)域同時(shí)反映了相對(duì)濕度的變化和溫度的變化，于是串??聯(lián)一個(gè)布拉格光纖光柵ＦＢＧ２，此區(qū)域未涂覆濕敏材料，只反映溫度的變化，用作溫度??補(bǔ)償裝置，該系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)環(huán)境的溫度和濕度。??ＦＢＧ２??ＦＢＧ１?＼??￣｜?包層??濕敏材料??圖１－４布拉格光纖光柵傳感器原理圖??光纖布拉格光柵是采取對(duì)纖芯折射率周期性調(diào)制的方法產(chǎn)生的，相對(duì)于其他光纖器??件更加穩(wěn)定，但是傳統(tǒng)的單模光纖刻寫(xiě)的ＦＢＧ受到包層的限制，對(duì)一些細(xì)微的變化量感??應(yīng)作用相對(duì)不明顯。因此，引入腐蝕包層、改變結(jié)構(gòu)等方式來(lái)增強(qiáng)表面倏逝波作用，研??制出不同的新型布拉格光纖光柵己經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)延伸方向之一。??１．２．２．２基于倏逝波光纖濕度傳感器??光在光纖中傳播依靠全反射原理能夠沿著纖芯軸線方向傳播，在纖芯和包層的分界??面法線方向上產(chǎn)生一種迅速衰減的電磁波，這種波叫做光纖的倏逝波［ＩＱ］。普通的石英光??纖經(jīng)過(guò)一系列處理操作包括去除包層、彎曲、拉錐等方式，可以在其上面制成一個(gè)光纖??傳感區(qū)域，并在此區(qū)域上涂覆濕敏材料便可以將將倏逝場(chǎng)強(qiáng)度的變化與環(huán)境濕度變化建??立對(duì)應(yīng)的關(guān)系，達(dá)到濕度感知的原理。同時(shí)，在接入穩(wěn)定光源的情況下，倏逝波的強(qiáng)弱??可以在光纖的出射端表現(xiàn)出來(lái)：當(dāng)倏逝波增強(qiáng)時(shí)，檢測(cè)

第二章錐形光纖傳感理論及制備??２．１錐形光纖傳感技術(shù)??錐形光纖是一種不規(guī)則光纖，因其制作簡(jiǎn)單，成本低以及不錯(cuò)的穩(wěn)定性，逐漸發(fā)展??成為應(yīng)用最廣泛的光纖器件之一，單模光纖經(jīng)過(guò)拉錐技術(shù)處理后形成三個(gè)部分：過(guò)渡區(qū)，??錐腰區(qū)，過(guò)渡區(qū)。簡(jiǎn)化的錐形光纖結(jié)構(gòu)如下圖２－１所示，在理想情況下，過(guò)渡區(qū)的纖芯??和包層在朝著錐腰區(qū)方向上逐漸減小，錐腰區(qū)仍然保持直徑均勻的圓柱形狀，此處原纖??芯所占比例太小，舊包層取代原纖芯成為新的纖芯。于是，錐腰區(qū)暴露所在的外部環(huán)境??變成了新的包層，此時(shí)原先的全反射的條件被打破，錐腰區(qū)存在著極強(qiáng)的倏逝場(chǎng)，這種??倏逝場(chǎng)的強(qiáng)度和外部環(huán)境密切相關(guān)。人們利用這種特性涂覆不同的材料制成各種類(lèi)型的??高靈敏度傳感器。錐形光纖的過(guò)渡區(qū)的半徑軸向變化關(guān)系式｜２２］如式２－１：??／？（ｚ）?＝?ｒ０ｅ?＾?（２－１）??其中為初始單模光纖的半徑，ｚ為過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度，１。為加熱火焰的等效寬度，在一根??指定的錐形光纖中，Ｉ。為定值。下面從幾何理論和波動(dòng)理論角度分析錐形區(qū)的光傳輸特??性。??單模光纖：?；??＾?ｌ＞＾?￣??ｕ?Ｌ——＾??ｕ??錐腰區(qū)??ｉｉ?ｉｉ??ｔ?ｉ?ｉ?ｉ??圖２－丨錐形光纖結(jié)構(gòu)示意圖??２．２錐形光纖幾何理論分析??８??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[4]基于2微米波段水吸收峰的光纖濕度傳感器研究[D]. 李浩穎.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[5]基于干涉原理的光纖傳感特性研究[D]. 彭兆狀.北京工業(yè)大學(xué) 2017
[6]石墨烯及氧化石墨烯在光纖傳感器的研究與應(yīng)用[D]. 高賽賽.山東師范大學(xué) 2017
[7]基于氧化石墨烯的光纖濕度傳感器研究[D]. 王友清.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 2017
[8]基于濕敏薄膜的錐形光纖濕度傳感器研究[D]. 朱長(zhǎng)青.燕山大學(xué) 2014
[9]錐形光纖中光波導(dǎo)理論研究[D]. 孫愛(ài)娟.中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2005



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