强度调制型光纤传感器液体浓度检测系统的研究

摘要

浓度是溶液的一个重要参数。目前，溶液浓度的检测大都需要复杂或昂贵的检测装置。本文根据全反射原理、菲涅尔公式及朗伯-比尔定律，分析了液体浓度与折射率、吸光度之间的线性关系，得出光纤出射光强随液体包层浓度成负指数关系。根据上述结论，本文利用光的强度调制进行溶液浓度检测，即通过测量光强的变化，检测出待测溶液浓度。实验表明，本文研制的强度调制光纤传感器可以实现浓度检测。 在分析、总结国内外研究的基础上，选择强度调制原理研制浓度检测系统。利用光纤熔接机制作光纤敏感元件，将其插入待测液体，通过测量出射光强，实现对液体浓度的直接测量。选取半导体激光器（LD）光源，发出波长650nm的光信号，经传输光纤和光纤敏感元件内部反射后到达光探测器。在光探测器中，硅光电二极管将光信号转换成电信号，经LM358芯片放大后输出。为测量准确，光探测器后接数字万用表直接读取电压值，实现待测液体浓度的检测。同时，本文还提出一套操作简单、快速且不损伤纤芯的去除光纤包层的加工方法。 本系统采用廉价的光纤连接器对光纤、光源进行耦合，避免了使用光学聚焦透镜复杂的校准过程，简化了系统的设计，降低了成本。实验证明，本检测系统工作可靠、性能稳定，具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、结构简单、体积小、重量轻和低侵入被测对象等优点，对实际检测具有良好的应用前景。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1传感技术的研究现状

1.1.1传感器的组成

1.1.2传感器的分类

1.1.3传感技术的特点

1.2传感技术的发展趋势

1.3光纤传感器的研究现状

1.3.1光纤传感器的分类

1.3.2光纤传感器的特点

1.3.3光纤传感器的结构

1.4光纤传感器的发展趋势

1.5强度调制型光纤传感器的发展动态

1.6液体浓度的测量

1.7本文主要工作

第二章强度调制的理论基础

2.1光纤的特性

2.1.1光纤的结构

2.1.2光纤的传光原理

2.1.3光纤的数值孔径

2.1.4光纤的本征损耗

2.1.5光纤弯曲对传播的影响

2.2强度调制型光纤传感器原理

2.2.1光在介质表面的反射

2.2.2反射率

2.2.3光纤传感原理

2.3液体的折射率与其浓度的关系

2.4物质对光选择性的吸收

2.4.1物质对光产生选择性吸收的原因

2.4.2朗伯-比尔定律

2.4.3溶液吸光度的测量

2.5光强损耗与溶液浓度的关系

2.6本章小结

第三章液体浓度检测系统

3.1光纤敏感器件

3.1.1光纤的选取

3.1.2光纤敏感器件的制作步骤

3.2光源

3.2.1半导体发光二极管

3.2.2激光器

3.2.3光源的选择

3.3光电探测器

3.3.1半导体光电二极管

3.3.2光电转换电路

3.4光纤与光源、探测器的耦合

3.4.1光纤的光耦合

3.4.2光纤断面处理

3.4.3光电探测器与光纤的耦合

3.5液体浓度检测系统

3.6本章小结

第四章测量结果及分析

4.1溶液浓度的测量

4.2浓度测量的注意事项

4.3误差分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢