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光纤传感在海水盐度测量中的应用

作　者: 孟博
导　师: 曲士良；高仁喜
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 光纤传感海水盐度消逝波传感模式耦合理论 Mach-Zehnder干涉仪
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
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内容摘要

海水盐度在海洋动力学以及海洋与大气相互作用中扮演着至关重要的角色。盐度的变化与海洋环境及周围陆地的变化有很强的内在联系。鉴于此,对海水盐度的精确测量、研究海洋学、海陆间的相互作用以及军事等方面有着十分重要的研究价值和实际意义。光纤传感器与传统的传感器相比,具有全光器件、易弯曲、防电磁干扰,远距离传感、分布传感、稳定、可重复使用、可在恶劣条件下工作,高灵敏度,高分辨率和响应速度快等优点。因此光纤传感器正越来越引起人们的重视并逐渐成为研究和应用的热点。考虑到光纤传感器的实际用途,我们在本论文中主要研究了以下内容:首先,介绍了阶跃光纤中不同模式以及各个模式所携带功率的计算方法。数值模拟了在不同参数条件下,纤芯基模的空间光场分布。结果表明,当包层折射率增大时,消逝波所携带的功率也相应的增加。当纤芯半径增大时,消逝波含有的功率减小。其次对不同参数的单模消逝波传感器进行了理论模拟,计算出了不同参数之间的耦合系数。利用已有条件设计并制作了消逝波传感器,并对浓度为0%~4%,间隔为0.4%氯化钠溶液进行了实验研究。实验结果表明,虽然单模消逝波传感器的灵敏度很高,但是制作困难,容易受外界条件影响,对实验设备要求很高。最后根据模式的耦合理论,分析了光纤型Mach-Zehnder液体浓度传感器的传感原理。结合飞秒微加工系统设计并制作了光纤型Mach-Zehnder传感器,通过改变其传感臂的方法,对浓度为0%~4%,间隔为0.4%的氯化钠溶液的盐度进行测量。结果表明随着光纤间距的增大,传感器的灵敏度增加。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-19
  1.1 引言  8-9
  1.2 光纤型传感器的研究现状及进展  9-14
    1.2.1 光纤型传感器的研究现状  9-12
    1.2.2 光纤型传感器的研究进展  12-14
  1.3 光纤型传感器的研究意义  14-17
    1.3.1 光纤型传感器的优点  14-15
    1.3.2 光纤型传感器的用途  15
    1.3.3 光纤在液体折射率测量中的应用  15-17
  1.4 论文研究的目的、主要内容及意义  17-19
第2章光纤模式的基本理论  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 光纤模式的矢量场解  19-27
    2.2.1 光场的横向分量和纵向分量  19-20
    2.2.2 阶跃光纤的电磁场解  20-24
    2.2.3 模式中常数的确定及各个模式所携带的光功率的计算方法  24-27
  2.3 光纤的线偏振模式  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章消逝波型光纤海水盐度传感器的理论及实验研究  30-45
  3.1 引言  30
  3.2 单模消逝波传感器的理论分析  30-37
    3.2.1 基模空间光场分布的分析  30-32
    3.2.2 单模光纤耦合效率的计算  32-37
  3.3 消逝波传感器的实验研究  37-43
    3.3.1 消逝波传感器的制作  37-38
    3.3.2 实验装置的搭建  38
    3.3.3 实验过程及结果  38-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章光纤Mach-Zehnder 型海水盐度传感器的研究  45-52
  4.1 光纤Mach-Zehnder 干涉仪的理论分析  45-46
  4.2 光纤型M-Z 传感器的制作  46-49
  4.3 实验结果分析  49-51
  4.4 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-58
致谢  58

光纤传感在海水盐度测量中的应用

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