级联长周期光纤光栅设计及气（液）环境监测

发布时间：2021-08-20 15:13

　　当前环境污染日益严重,环保问题备受重视。为了针对性地进行防治,要对污染状况进行准确检测或监测。光纤传感系统因其具有耐腐蚀、抗恶劣环境、抗电磁雷电干扰、结构紧凑、可多路重复使用、可低成本大规模生产、便于组建传感网络等优点,在传感监测领域具有巨大优势和很好的应用前景。为满足气（液）环境监测的需要,结合光纤传感系统的优良特性,本文利用长周期光纤光栅（LPG）的传感特性、级联特性以及光子晶体光纤长周期光栅倏逝波传感特性进行传感,采用仿真软件进行模拟,探究采用各类长周期光纤光栅传感器进行环境监测的性能,优化设计光纤光栅的结构参数,以设计适用于环境监测的级联长周期光纤光栅传感器。主要内容如下:（1）利用光纤仿真软件OptiGrating对长周期光纤光栅的不同结构参数,如光栅长度、光栅周期、调制深度,进行仿真,综合考虑不同参数对于传感器灵敏度、分辨率等的影响,得到最佳设计参数。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。结合纳米镀膜技术,模拟得到了最佳镀膜参数,针对相对湿度、甲烷气体环境,建立了透射光谱中心波长与相对湿度、甲烷气体浓度的关系。给出了长周期光纤光栅温度传感... 

【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】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光子晶体光纤横截面电镜图

言G 传感器的性能主要由其传感灵敏度和分辨率表征，在实际应用峰的带宽和幅值来评价。其性能受本身结构参数的影响显著，而其要依靠敏感镀膜实现。章综合考虑LPG传感器的灵敏度、分辨率等性能要求，依据LPG传纤仿真软件 OptiGrating 对 LPG 进行仿真，分别对不同光栅长度、不同光栅调制深度条件下的透射光谱进行对比，给出 LPG 最佳参探究 LPG 的温度、应变、折射率传感特性；，采用在光纤表面镀敏使之具备化学选择性，实现对单一介质的高灵敏度测量，将镀膜的为 4 层介质模型，研究镀膜折射率和膜层厚度对 LPG 传感器的影湿度、甲烷（CH4）气体浓度的检测，设计镀膜方案，仿真模拟出度。纤光栅传感理论

如何有效提高 LPG 传感器的灵敏度和化学选择性是化学分析物监测领域的重要挑战。作为传感器的重要分支之一，光纤光栅化学传感器将化学和光学关技术紧密结合，融合了化学制膜、光纤技术、折射率检测等方法。实际监测工作中，可根据具体监测目标介质的种类，在单个 LPG、级联 L构表面涂覆上对特定单一介质敏感的化学薄膜，或是将 PCF-LPG 与空气孔壁技术相结合，制得具有化学选择性的传感器。本章基于前文的仿真模拟，结际环境监测工作中对于空气质量、水环境污染监测、管道气体泄漏监测的需求纳米镀膜技术与单个 LPG 相结合以增强传感灵敏度和化学选择性，利ptiGrating 软件探究镀膜参数对传感灵敏度的影响，将纳米镀膜后的 LPG 传感用于环境相对湿度、环境甲烷气体浓度中，得到相应的测量传感灵敏度。.5.1 镀膜参数设计视纳米薄膜涂覆的 LPG 为 4 层介质模型，图 2-12 是 4 层介质模型的示意图射率分布。设纤芯折射率为1n ，半径为1a ；包层折射率为2n ，半径为2a ；薄折射率为3n ，半径为3a ；薄膜的厚度为3 2D =a a；LPG 周围环境的折射率为4n

【参考文献】：
期刊论文
[1]正方形空气孔光子晶体光纤特性分析[J]. 张学典,袁曼曼,常敏,逯兴莲,陈楠,聂富坤,何猛辉,亓宁宁,庄松林.  光电工程. 2018(05)
[2]一种新颖的长周期光纤光栅应变传感器[J]. 江柳清,胡义慧,江超,柯振东.  激光杂志. 2017(07)
[3]膜层厚度对长周期光纤光栅谐振波长的影响[J]. 欧启标,代国勇,彭宇林,万理,谭组印.  激光与红外. 2012(06)
[4]Parameters optimization of π-phase-shifted long-period fiber grating for gas sensing[J]. 蒋秀丽,顾铮■.  Optoelectronics Letters. 2011(01)
[5]级联光纤布拉格光栅光谱特性研究[J]. 姚海凤,辛丽,赵海发,宋瑛琳.  物理实验. 2009(01)
[6]三包层级联长周期光栅的传输谱特性[J]. 赵晓云,顾铮■.  中国激光. 2008(10)
[7]镀有SiO2-WO3纳米复合薄膜LPFG气体传感特性研究[J]. 彭勇,于清旭.  传感技术学报. 2007(07)
[8]长周期光纤光栅的轴向应变传感特性研究[J]. 张自嘉,王昌明.  传感技术学报. 2007(05)
[9]SnO2/SiO2双层薄膜的湿敏特性[J]. 贾维国,季秉厚,赵显武.  传感器技术. 1998(04)

硕士论文
[1]一种适用于地下结构腐蚀监测的长周期光纤光栅传感技术[D]. 王泽旭.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于纳米双层薄膜的光子晶体光纤长周期光栅甲烷传感特性研究[D]. 车鑫.重庆大学 2017
[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：3353730