基于马赫曾德和法布里珀罗干涉结构的光纤温湿度传感器研究

发布时间：2020-02-02 06:54

【摘要】：众所周知,我国是一个文化大国,在我国几千年的发展历程中,大量的彩绘类文物被留存了下来,其中记录了古代社会中人们生产生活的很多信息,是现代科学家研究古代文化的宝贵财富,但是由于这些彩绘文物大都产于上百甚至几千年前,并且近代以前绝大多数文物都处于野外露天环境中,彩绘层表面已经出现了严重的损坏,因此正确的保护和储存好彩绘类文物,为彩绘文物提供一个合适的保存环境,并对该环境中的温湿度等影响彩绘颜料层耐久性的因素进行监控是十分必要的。近年来发展起来的光纤传感技术,克服了传统温湿度传感器长期使用容易被腐蚀,稳定性差等缺点,具有测量精度高,抗电磁干扰,可小型化便于集成,能够多路复用,有望满足彩绘文物中环境监测的需求,应用在文物保护领域具有重要的科学价值和研究意义。本论文以彩绘文物保护及环境要求为背景,以应用于彩绘文物保存环境温湿度监控的光纤传感器为研究对象,基于光纤干涉原理提出了两种光纤温湿度传感器,分别是:1)基于光纤M-Z干涉原理,设计并制作了一种结构简单的全光纤式的温湿度传感器,该传感器对RI很敏感,响应灵敏度达到了 155.6nm/RIU和163.1dB/RIU,对湿度的响应灵敏度达到了 1.29pm%-1和0.00542dB%-1,考虑到实际在彩绘文物保存环境测量中温度这一因素的存在,并对该传感器进行了温度的测量,响应灵敏度是0.0055nm/℃,为了消除温室的交叉灵敏度,利用温湿度解耦合的方法,实现了温湿度的同时测量。2)基于本论文第二章中光纤F-P干涉原理,并与将湿敏材料PI相结合,设计并制作了一种光纤F-P干涉型高灵敏度温湿度传感器,通过实验验证其可以对外界环境的温湿度变化实现及时响应。为了消除湿度测量过程中温度交叉灵敏度,在传感器上级联一段光纤布拉格光栅(FBG)进行温度校准,可实现温度和湿度的双参量测量,在湿度35%到65%范围内,灵敏度达到了 986.25pm%-1,在0℃到50℃温度范围内,响应灵敏度为190.7pm/℃。FBG对于湿度无响应,温度的响应灵敏度为10.21pm/℃。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】

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本文编号：2575639