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基于银薄膜的微型光纤压力传感器的研究

作　者: 石晓龙
导　师: 徐峰
学　校: 安徽大学
专　业: 光学
关键词: 光纤F-P传感器 纳米银膜 压力传感 腔长
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的技术核心是基于F-P干涉原理的干涉腔来精确检测各种物理量。本文通过简单的化学方法制备出一种纳米银膜,经扫描式电子显微镜和台阶仪测试,该薄膜厚度为130nm,表面光洁,结构致密,纯度高,1550nm波段的反射率为95%。基于此薄膜设计出一种高对比度的微型非本征型光纤F-P干涉腔,分析了腔长变化量对干涉自由光谱范围以及输出光强的影响。采用优化方案确定干涉腔的长度和工作点的光波长,建立稳定的光纤F-P压力传感测试系统。试验结果表明,该传感器结构简单,体积小,对压强的响应具有合理的线性度,和高灵敏度。压强最小分辨率达到0.5KPa,灵敏度达到0.29μw/KPa。最后对膜片的杨氏模量和音频响应特性进行了分析,为其实际应用做好了充分的准备。第一章首先概述了光纤F-P传感器的特性,其次介绍了光纤F-P传感器的制作以及在工业和生物医学领域的研究现状。最后对本论文主要的内容和创新点作了阐述。第二章首先介绍了F-P腔的干涉原理,其次对本征型光纤F-P干涉仪(IFPI)和非本征型光纤F-P干涉仪(EFPI)两种主要的光纤F-P传感器结构进行了介绍。最后分析了信号解调的方法,对光强解调和波长解调进行了具体的分析和介绍。第三章通过调研国内外已报道的微型膜片式光纤压力传感器研制的技术成果,对膜片制作方法和材料选择进行了分析。采用化学的方法制作一种高反射率的厚度为130nm的银薄膜,并通过实验分析了影响膜片制作因素。基于对这膜片特性和F-P腔损耗的分析,对腔长进行微调,制作出一种对比度达到21db的膜片式光纤F-P腔。第四章设计了压力定标实验,并对结果进行了强度和波长的解调。结果表明该微结构的膜片式光纤F-P传感器具有线性度较好、灵敏度高且解调简单等优点。能对小幅度压力能进行实时的,精确的测量。强度解调灵敏度为0.29μw/KPa,压强最小分辨率达到0.5KPa。波长解调的灵敏度为77.88nm/KPa。第五章对全文进行了总结和回顾。然后依据一些研究报道,在本文已做过的工作基础上,对今后研究工作进行了展望。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 光纤法布里-珀罗(F-P)传感器概述  11-12
  1.3 非本征F-P光纤传感器的应用背景  12-15
    1.3.1 工业上的应用  13
    1.3.2 生物医学上的应用  13-14
    1.3.3 光纤传感器的膜片制作技术  14-15
  1.4 论文的研究目的和意义  15
  1.5 论文的结构  15-16
  1.6 本章小结  16-17
  本章参考文献  17-21
第二章 光纤F-P传感器的原理  21-34
  2.1 F-P腔干涉原理  21-23
  2.2 光纤F-P腔传感器的类型  23-27
    2.2.1 IFPI光纤传感器  25-26
    2.2.2 EFPI光纤传感器  26-27
    2.2.3 其它类型光纤F-P传感器  27
  2.3 光纤F-P信号解调方法  27-31
    2.3.1 强度型解调原理  28-30
    2.3.2 相位型解调原理  30-31
  2.4 本章小结  31-33
  本章参考文献  33-34
第三章 微型光纤F-P压力传感探头的原理与制作  34-53
  3.1 纳米银薄膜的制作及影响因素的分析  34-42
    3.1.1 常见的镀膜工艺  34-35
    3.1.2 化学制膜的要求及膜层材料的选择  35-36
    3.1.3 纳米银薄膜的制备方法及原理  36-37
    3.1.4 影响银膜制作因素的分析  37-39
    3.1.5 纳米银薄膜的参数测量  39-42
  3.2 膜片式压力传感器探头的制作工艺  42-50
    3.2.1 传感探头的材料选择  43-44
    3.2.2 F-P初始腔长的确定  44-47
    3.2.3 F-P腔的制作  47-50
  3.3 本章小结  50-51
  本章参考文献  51-53
第四章 微型非本征F-P光纤压力传感器研究  53-61
  4.1 实验仪器介绍  53-54
  4.2 压力测量的定标实验  54-57
  4.3 纳米银膜形变量和音频响应特性分析  57-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章 结论与展望  61-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63
攻读硕士学位期间参加的科研项目  63-64
致谢  64-65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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