含氟聚酰亚胺涂覆的光纤光栅湿度传感器开发及性能研究

摘要

目前,建筑节能受到了全社会的高度重视,而建筑物围护结构发生的热传递是建筑物的耗能的主要来源。温、湿度及墙体材料与保温材料的相对滑移影响了墙体的保温性能,但现有的湿度传感器难以胜任监测墙体湿度场的任务,因此开发适用于建筑墙体的湿度传感器,研发合理的墙体保温性能监测系统是很有必要的。
　　本文首先论述了光纤光栅的传感原理、含氟聚酰亚胺的感湿原理及含氟聚酰亚胺涂覆的光纤光栅湿度测量理论,之后研究了含氟聚酰亚胺涂覆的光纤光栅的制作工艺,之后研究了光纤光栅式湿度传感器的封装方法,然后研究了含氟聚酰亚胺固化工艺对温、湿度分别与传感器的湿度及温度灵敏度系数的相互关系的影响,之后确定了传感器的温、湿度灵敏度系数及特定温、湿度下传感器的中心波长,之后研究了光纤光栅式湿度传感器的湿敏特性——传感器的量程、读数精度、误差分析、响应时间、湿滞性、耐水性及长期稳定性以及含氟聚酰亚胺固化工艺对传感器湿敏特性的影响,然后研究建筑外墙保温性能监测系统应具有的组成部分,之后研究传感器在墙体中的布设方法,最后给出了墙体保温性能的评价方法。
　　本文最终成果为:研发出了适用于建筑墙体的光纤光栅式湿度传感器,并以此为基础,构建了建筑墙体保温性能监测系统。开发的湿度传感器的感湿元件为含氟聚酰亚胺涂覆的光纤光栅,传感器的传感线性度很好,测湿量程大于5.7％RH-97.3%RH,读数精度为0.1%RH,测量误差在4.5%RH左右,响应时间为45min,最大湿滞为1.8%RH,耐水性及长期稳定性良好。所构建的监测系统考虑了温、湿度及墙体材料与保温材料的相对滑移对墙体保温性能的影响,其能够时时监测建筑墙体关键部位的温、湿度场及应变场,并能利用采集的数据模拟出建筑墙体的温湿度场及应变场,而且能够对墙体的保温性能做出评价。
　　所开发的光纤光栅式湿度传感器能够在墙体砌筑过程中直接埋入,并长期监测墙体内部湿度。建筑墙体保温性能监测系统能够对墙体的保温性能做出较为合理的评价,这为建筑节能设计、外墙施工质量控制及外墙维护方法提供理论依据与技术支撑。

目录

含氟聚酰亚胺涂覆的光纤光栅湿度传感器开发及性能研究

FLUORINATED POLYIMIDES COATED FIBER BRAGG GRATING HUMIDITY SENSOR DEVELOPMENT AND PERFORMANCE RESEARCH

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 外墙保温性能评价方法及湿度传感器的研究现状

1.3 本文的选题及主要研究内容

第2 章 光纤光栅式湿度传感器机理研究

2.1 光纤光栅

2.2 聚酰亚胺

2.3 聚酰亚胺涂覆的光纤光栅湿度传感器

2.4 本章小结

第3 章 光纤光栅式湿度传感器的制作工艺

3.1 实验所用材料及仪器

3.2 光纤光栅湿度传感器的制作工艺

3.3 光纤光栅湿度传感器封装工艺

3.4 本章小结

第4 章 湿度传感器的标定及性能研究

4.1 湿度传感器所需标定参数

4.2 标准湿度的获得方法

4.3 系数 M、N 的确定及温、湿度对 M、N 的影响

4.4 传感器初始值的选定

4.5 光纤光栅湿度传感器湿敏特性研究

4.6 本章小结

第5 章 墙体保温性能监测系统

5.1 墙体保温性能监测系统的构建

5.2 传感器布设

5.3 墙体保温性能的评价

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢