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光纤溶液浓度检测技术研究

作　者: 李伟
导　师: 张颖
学　校: 燕山大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光纤传感器溶液浓度检测光纤腐蚀传感光纤
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

浓度是表征溶液特性的重要参数之一，在化工、环保、制糖等领域对浓度的实时检测显得尤为重要。光纤传感器是伴随着光纤通信的发展而出现的一门崭新的技术，以其抗电磁干扰能力强、柔软性好、灵敏度高、耐腐蚀、便于遥测、结构简单、耗电少等优点，可以弥补传统溶液浓度检测手段的不足，尤其是在对腐蚀性溶液检测的领域，具有良好的应用前景。本文主要对光纤溶液浓度检测技术做了理论分析和实验研究。主要内容有：结合国内外发展现状，分析了溶液浓度检测技术和光纤溶液浓度检测技术的研究进展；阐述了光波导在光纤中传播的过程与规律；通过菲涅尔定律，分析了光在介质中传播过程的反射与折射之间的关系；并阐述了溶液浓度检测系统的传感原理；分析与实验研究了传感光纤的腐蚀与制作过程，实验选用浓度为40%的氢氟酸对光纤进行腐蚀；通过对腐蚀不同时间的光纤直径进行测量，得出了腐蚀时间与光纤直径的线性关系式；搭建了光纤溶液浓度检测系统，并利用该系统进行了3个不同直径的传感光纤对蔗糖溶液浓度的测量实验，给出了光功率损耗与溶液浓度的实验关系式；研究得出：随着溶液浓度的增加（折射率增加），光纤的透射光减小，光强的损耗逐渐变大，与理论分析一致，不同直径的传感光纤对溶液浓度变化具有不同的灵敏度，即直径越小，灵敏度越高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 光纤传感器的研究现状和发展趋势  10-11
    1.2.2 溶液浓度检测技术研究进展  11-12
  1.3 光纤传感器的基本原理和分类  12-14
  1.4 本文的研究内容  14-16
第2章光纤传感的理论基础  16-38
  2.1 光纤的分类  16-18
  2.2 光纤的特性  18-25
    2.2.1 光纤的导光原理  18-19
    2.2.2 光纤的数值孔径  19-20
    2.2.3 光纤的损耗  20-24
    2.2.4 光纤的色散  24-25
  2.3 光纤的处理  25
    2.3.1 涂覆层剥除  25
    2.3.2 光纤的腐蚀  25
  2.4 光纤传感的基本理论  25-36
    2.4.1 光波导的一般理论——正规光波导  25-30
    2.4.2 均匀折射率光纤的波动理论  30-35
    2.4.3 均匀折射率单模光纤的功率分布  35-36
  2.5 本章小结  36-38
第3章光纤溶液浓度检测原理  38-49
  3.1 溶液浓度与折射率的关系  38
  3.2 两介质界面上的折射与反射  38-47
    3.2.1 折射定律和反射定律  38-40
    3.2.2 菲涅尔公式  40-44
    3.2.3 菲涅尔公式的图形表示  44-45
    3.2.4 界面上光的能量关系  45-46
    3.2.5 全反射  46-47
  3.3 溶液浓度检测原理  47-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章光纤溶液浓度检测技术与实验研究  49-61
  4.1 光纤溶液浓度传感元件研制  49-51
    4.1.1 光纤的选取  49
    4.1.2 传感元件的制作  49-51
  4.2 光源的选用  51-54
    4.2.1 发光二极管  51-53
    4.2.2 激光二极管  53
    4.2.3 可调谐激光器  53-54
  4.3 光纤耦合器  54-56
  4.4 溶液浓度检测系统  56-57
  4.5 蔗糖溶液浓度测量  57-60
  4.6 误差分析  60
  4.7 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  67-68
致谢  68-69
作者简介  69

光纤溶液浓度检测技术研究

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