地下环境用长周期光纤光栅传感器设计
发布时间：2022-01-19 09:08
地下环境污染日益严重,影响动植物生存和人类的健康生活。为了针对性地防治,要对污染状况进行准确检测或监测。但是,目前的检测或监测方法只能确定污染介质的种类,而不能对污染介质进行定量判断。利用长周期光纤光栅对外部环境折射率变化有较高的敏感性,结合纳米镀膜技术增加传感器的选择性和灵敏度,可以实现对地下环境污染气体和液体介质的准确测量。本文根据地下环境的污染状况,提出利用普通长周期光纤光栅的折射率传感特性和长周期光子晶体光纤光栅倏逝波传感特性进行传感,采用仿真软件进行光纤光栅的结构参数优化设计。主要内容如下:（1）地下环境污染的主要来源是人类的生产、生活产生的废气和废液,根据地下环境土体污染机制和地下结构的腐蚀机制,得出监测的目标有气体浓度、离子浓度、pH值和湿度等。（2）利用光纤仿真软件Optigrating对长周期光纤光栅不同结构参数,如光栅的长度、周期、倾角,进行仿真,得到最佳刻写参数。探究长周期光纤光栅的温度、应变传感特性,为设置温度补偿和应力补偿提供依据,解决地下复杂环境交叉传感问题。模拟相对湿度、pH值、气体环境,建立了透射光谱中心波长与相对湿度、pH值、气体浓度的关系。给出了LP...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤中全反p
污染腐蚀机制仅仅被限制在定性的分析。对污的研究都是针对个别工程的个别土样进行的对杂性的特点，污染物的侵蚀过程难以监测，研究也未取得成果，如何通过确定污染物的量研究。如何将污染土的物理力学性质的研究同一项挑战，一旦确定污染土的物理力学性质与系，就可以通过检查土壤中污染物的离子浓度时提供危险信号。这对工程的安全有重要的意染液扩散机理在土体中的扩散通常有以下 4 种方式[56]：平具体的扩散原理如图 2-2 所示，降水会渗入染物随着雨水平流在突然中迁移，从浓度高具有一定的吸附作用，导致污染物吸附在土降水
sC ——混凝土表面离子浓度；erf z ——高斯误差，见式（2-5）。 202exp erf z x dz （2-5）当存在外部电场时，离子将朝着与其带电符号相反的一极方向迁移。因此污染物在混凝土中的扩散是由于离子的浓度差引起的，迁移则发生在有外部电场的作用下。从上面的分析可知，钢筋混凝土结构内部多孔且存在非连续的微裂缝，在环境作用下，如冷热、干湿循环，外部荷载作用，微裂缝发展，孔隙连通起来，具有透水性，此时水发生渗透，腐蚀介质如氯离子、硫酸根离子开始发生扩散，同时也为CO2和 O2的扩散提过通道。腐蚀介质和气体的侵入会导致钢筋发生锈蚀、发生水化反应、碱集料反应等，从而导致混凝土膨胀，开裂，剥落，强度和刚度降低。混凝土的开裂又会进一步促进腐蚀介质在混凝土中渗透、扩散，以此形成恶性循环（如图 2-4 所示），加速混凝土的腐蚀。多孔且有非连续微裂缝的钢筋混凝土结构环境作用：
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用聚酰胺酸层的高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器（英文）[J]. 安佳,王永杰,李芳,刘元辉,彭丹丹. 红外与激光工程. 2018(08)
[2]垃圾渗滤液水质特性和处理技术研究[J]. 吴莉娜,涂楠楠,程继坤,彭永臻,张杰,陈柯羽,刘寒冰. 科学技术与工程. 2014(31)
[3]氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究[J]. 蒋萌,陆宏健,寇新建,李林林. 混凝土. 2013(05)
[4]应用800nm飞秒激光制备长周期光纤光栅[J]. 苗飞,张玲,冯德军,隋青美,陈霄,贾磊,刘汉平,刘辉兰. 光学精密工程. 2012(04)
[5]溶液浓度与其折射率关系的理论和实验研究[J]. 张志伟,尹卫峰,温廷敦,朱林泉,张记龙. 中北大学学报(自然科学版). 2009(03)
[6]垃圾填埋的生态环境问题及治理途径[J]. 蒋满元,唐玉斌. 城市问题. 2006(07)
[7]城市生活垃圾的工程特性及填埋场的岩土工程问题[J]. 陈云敏,柯瀚. 工程力学. 2005(S1)
[8]污染土的研究现状及其评价与处理方法[J]. 薛翊国,王清,李伟涛,韩鹏. 煤田地质与勘探. 2005(01)
[9]卫生填埋场的植被重建[J]. 黄立南,姜必亮. 生态科学. 1999(02)
[10]造纸厂废碱液污染土的环境岩土工程研究[J]. 李琦,施斌,王友诚. 环境污染与防治. 1997(05)
博士论文
[1]高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究[D]. 陈拴发.长安大学 2004
硕士论文
[1]长周期光纤光栅pH传感器的研究[D]. 林宇.暨南大学 2016
[2]光子晶体光纤倐逝波传感的特性研究[D]. 张良.北京交通大学 2010
[3]光纤PH值/折射率/湿度传感器基础实验研究[D]. 徐敏.重庆大学 2010
本文编号：3596596
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤中全反p
污染腐蚀机制仅仅被限制在定性的分析。对污的研究都是针对个别工程的个别土样进行的对杂性的特点，污染物的侵蚀过程难以监测，研究也未取得成果，如何通过确定污染物的量研究。如何将污染土的物理力学性质的研究同一项挑战，一旦确定污染土的物理力学性质与系，就可以通过检查土壤中污染物的离子浓度时提供危险信号。这对工程的安全有重要的意染液扩散机理在土体中的扩散通常有以下 4 种方式[56]：平具体的扩散原理如图 2-2 所示，降水会渗入染物随着雨水平流在突然中迁移，从浓度高具有一定的吸附作用，导致污染物吸附在土降水
sC ——混凝土表面离子浓度；erf z ——高斯误差，见式（2-5）。 202exp erf z x dz （2-5）当存在外部电场时，离子将朝着与其带电符号相反的一极方向迁移。因此污染物在混凝土中的扩散是由于离子的浓度差引起的，迁移则发生在有外部电场的作用下。从上面的分析可知，钢筋混凝土结构内部多孔且存在非连续的微裂缝，在环境作用下，如冷热、干湿循环，外部荷载作用，微裂缝发展，孔隙连通起来，具有透水性，此时水发生渗透，腐蚀介质如氯离子、硫酸根离子开始发生扩散，同时也为CO2和 O2的扩散提过通道。腐蚀介质和气体的侵入会导致钢筋发生锈蚀、发生水化反应、碱集料反应等，从而导致混凝土膨胀，开裂，剥落，强度和刚度降低。混凝土的开裂又会进一步促进腐蚀介质在混凝土中渗透、扩散，以此形成恶性循环（如图 2-4 所示），加速混凝土的腐蚀。多孔且有非连续微裂缝的钢筋混凝土结构环境作用：
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用聚酰胺酸层的高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器（英文）[J]. 安佳,王永杰,李芳,刘元辉,彭丹丹. 红外与激光工程. 2018(08)
[2]垃圾渗滤液水质特性和处理技术研究[J]. 吴莉娜,涂楠楠,程继坤,彭永臻,张杰,陈柯羽,刘寒冰. 科学技术与工程. 2014(31)
[3]氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究[J]. 蒋萌,陆宏健,寇新建,李林林. 混凝土. 2013(05)
[4]应用800nm飞秒激光制备长周期光纤光栅[J]. 苗飞,张玲,冯德军,隋青美,陈霄,贾磊,刘汉平,刘辉兰. 光学精密工程. 2012(04)
[5]溶液浓度与其折射率关系的理论和实验研究[J]. 张志伟,尹卫峰,温廷敦,朱林泉,张记龙. 中北大学学报(自然科学版). 2009(03)
[6]垃圾填埋的生态环境问题及治理途径[J]. 蒋满元,唐玉斌. 城市问题. 2006(07)
[7]城市生活垃圾的工程特性及填埋场的岩土工程问题[J]. 陈云敏,柯瀚. 工程力学. 2005(S1)
[8]污染土的研究现状及其评价与处理方法[J]. 薛翊国,王清,李伟涛,韩鹏. 煤田地质与勘探. 2005(01)
[9]卫生填埋场的植被重建[J]. 黄立南,姜必亮. 生态科学. 1999(02)
[10]造纸厂废碱液污染土的环境岩土工程研究[J]. 李琦,施斌,王友诚. 环境污染与防治. 1997(05)
博士论文
[1]高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究[D]. 陈拴发.长安大学 2004
硕士论文
[1]长周期光纤光栅pH传感器的研究[D]. 林宇.暨南大学 2016
[2]光子晶体光纤倐逝波传感的特性研究[D]. 张良.北京交通大学 2010
[3]光纤PH值/折射率/湿度传感器基础实验研究[D]. 徐敏.重庆大学 2010
本文编号：3596596
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