基于敏感膜的光纤传感器

摘要

光纤传感器作为一种检测器件,由于其耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰等特性,在科学研究领域和工程应用领域有着广泛的应用。在光纤的包层上镀一层敏感膜可以用来改变光纤的传输特性,它具有优异的光学特性和调节灵活的设计,而使其具有诱人的应用前景。在传感器领域中,根据不同的应用场合,镀膜光纤广泛地应用在气体传感器、湿度传感器、温度传感器、化学传感器和生物传感器。本文主要研究内容为基于敏感膜的光纤传感器,具体研究内容如下:
　　1、实现了一种基于聚乙烯醇(PVA)膜的拉锥光纤湿度传感器,并提出了一种和阵列波导光栅结合的湿度复用装置。将多模光纤拉制成锥形结构后,用5％浓度的PVA作为湿敏材料,在光纤表面生成一层PVA湿敏膜。当外界环境的湿度发生改变时,湿敏膜的折射率会随之发生改变,通过测量透射光功率的变化可以解调得到湿度变化的信息。实验中所用的阵列波导光栅具有16个通道,通过在每个通道后连接一个多模拉锥光纤制成传感头,可以实现复用。实验结果表明,在测量范围35%RH-90%RH内,传感器的最大灵敏度为0.251dB/%RH。
　　2、实现了一种基于 PVA膜的菲涅耳反射湿度传感器。在切割平整的光纤端面镀上一层PVA湿敏膜,当外界湿度发生变化时,会导致 PVA膜的折射率改变从而引起反射光的强度变化,通过观测光强的变化量可以实现对湿度的多点测量。实验结果表明,在测量范围30%RH-80%RH内,传感器的灵敏度为0.135 dB/%RH。
　　3、实现了一种基于沸石膜的挥发性有机物传感器。由于沸石膜具有很强的吸附作用,当外界挥发性有机物分子经过吸附作用进入沸石膜后,会改变沸石膜的折射率从而引起反射光强的变化,通过观测光强的变化量可以实现挥发性有机物浓度的检测。经过实验验证,当光纤端面涂覆沸石膜的传感器用于检测异丙醇时,在浓度范围为0ppm-4900ppm时,灵敏度达0.01dB/10ppm。该传感器是和阵列波导光栅结合,因此可以实现多点的挥发性有机物传感。

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图清单

1 绪论

1.1 研究背景

1.2光纤传感器概述

1.3 镀膜光纤的应用及发展

1.4 本论文的主要研究内容和研究意义

2 基于PVA膜的拉锥光纤湿度传感器

2.1 引言

2.2 实验装置与原理

2.3 理论模拟

2.4 实验结果和分析

2.5 本章小结

3 基于PVA膜的菲涅耳反射湿度传感器

3.1 引言

3.2实验装置与原理

3.3 实验结果和分析

3.4本章小结

4 基于沸石膜的挥发性有机物传感器

4.1 引言

4.2 实验装置及原理

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2展望

参考文献

作者简历