细芯光纤传感器研究开题报告

 2022-12-03 06:12

1. 研究目的与意义

(1)背景

随着经济的发展、社会的进步,环境污染和工程质量问题已经成为制约社会健康、和谐发展的一个因素。发展新型的环境、工程监测用传感器成为当今学术界、工程界的一个研究热点。相比于电子传感器,光纤传感器由于具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、易于复用和远程传感等优点而受到越来越多的关注。其中细芯光纤的芯径直径较标准单模光纤的要小,其对应的单模传输的截止波长比较普通单模光纤要小,经常用于实现可见光及近红外波长光束的单模传输。近年,马赫-曾德尔干涉仪(MZI)在温度、应力、折射率等参数的测量已经有很多报道。许多方法被用于构造MZI结构,如错位熔接结构、光纤锥融结构、腰椎放大结构。例如:卞继城等制作的腰椎放大细芯光纤传感器[1],对折射率和温度的分辨率分别为3.699XRIU和0.5181℃;周孟晖等制作的细芯光纤M-Z干涉传感器[2],对于温度的灵敏度达到70.2pm/℃,对折射率、弯曲的灵敏度分别测得-8.12nm/RIU、2.07nm/。上述的光纤传感器,可实现各种环境条件下对物理参数的检测和测量。

(2)目的及意义

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2. 研究内容与预期目标

研究内容:

了解光纤传感器和细芯光纤传感器的基本原理及研究现状;设计1-2种结构的细芯光纤传感器,如腰椎放大细芯光纤传感器、基于单模-细芯-单模光纤结构的马赫-曾德尔干涉传感器等;对所设计的细芯传感器进行传感机理分析,并进行参数(如温度、折射率、应变和弯曲等)传感实验。

预期目标:

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3. 研究方法与步骤

研究方法:

调研、收集、查阅和学习科技文献资料了解细芯光纤传感器的基本原理;通过理论分析和数值仿真确定出传感器结构,例如,采用不同芯径的两TCSMF级联或腰椎放大的方法等;搭建传感实验系统,进行参数传感实验;分析实验结果,并对传感器实验进行优化,如:通过HF酸腐蚀的方法等。

步骤:

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4. 参考文献

[1] 卞继城等,腰椎放大细芯光纤传感器实现折射率/温度同时测量的研究,光电子激光,2016,27(4):353-358;

[2] 周孟晖等,细芯光纤M-Z干涉传感器多参数测量研究,光电子激光,2016,27(6):587-592;

[3] 童峥嵘等,基于腐蚀型多模光纤的干涉型传感器实现温度和液位同时测量,光电子激光,2014,25(1):118-122;

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5. 工作计划

1、2022年2月20日-2022年4月1日:熟悉课题,查阅课题相关资料,学习基础知识,撰写开题报告,开始进行5000字英文翻译;

2、2022年4月2日-2022年4月16日:进行理论分析和仿真,设计传感器结构;

3、2022年4月17日-2022年4月30日:搭建实验系统,开始实验;

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