光纖表面階梯型金屬敏感膜的制備及其性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,光纖傳感器作為一種新型的傳感器,因其具有徑細、質輕、抗電磁干擾強、集信息傳輸與傳感于一體、易集成至難以接近的待測區(qū)域等優(yōu)點,在腐蝕監(jiān)測領域應用廣泛。其中基于Fe-C敏感膜光纖傳感器由于操作簡單,不需要復雜設備而在混凝土鋼筋監(jiān)測中受到廣泛關注,但在實際應用方面還存在一些不足。為提高Fe-C敏感膜光纖傳感器的性能,推動其在實際工程中的應用,本文提出并研究了一種新型階梯型Fe-C敏感膜光纖傳感器,能顯著提高傳感器的靈敏性、擴展傳感器的

2、監(jiān)測范圍。
  通過探索優(yōu)化制備工藝參數,利用磁控濺射與電鍍相結合的方法在光纖上制備了Fe-C敏感膜,并在此基礎上利用絕緣電鍍法制備了階梯型Fe-C敏感膜光纖傳感器。利用掃描電鏡、能譜分析、X射線衍射等方法分析了膜層的表面形貌、元素分布、晶體結構等參數。分析結果表明,在纖芯上獲得了膜層致密均勻,質量較好,為立方體晶體結構的Fe-C敏感膜。
  通過對不同厚度的Fe-C敏感膜在腐蝕溶液中傳感規(guī)律研究發(fā)現,當膜層厚度較小時,在腐

3、蝕初期就會出現光功率增大的現象,但光功率達到最大值所用的時間較短。隨著膜層厚度增加,當膜層厚度較大時,腐蝕初期光功率基本不變,在腐蝕末期會出現增大的現象,光功率達到最大值所用的時間比較長。而階梯型Fe-C敏感膜在腐蝕初期就會出現光功率增大的現象,同時輸出光功率達到最大值的時間也大大延長。階梯型Fe-C敏感膜既具有薄層敏感膜的靈敏性,又具有厚層敏感膜監(jiān)測范圍寬的特性,能顯著提高Fe-C敏感膜光纖傳感器的性能。
  研究了Fe-C敏感

4、膜在腐蝕過程中的表面形貌變化。腐蝕開始時由于腐蝕反應使得敏感膜表面變得粗糙,可能會導致金屬敏感膜反光能力減弱吸光能力增強,輸出光功率略有下降。隨著Fe-C敏感膜被腐蝕厚度逐漸減小,纖芯周圍形成低折射率界面,滿足全反射輸出光功率迅速增加。
  在混凝土模擬孔溶液中研究了Cl-對Fe-C敏感膜的腐蝕行為,結果表明隨著Cl-濃度的增加,Fe-C敏感膜的腐蝕電位Ecorr和Rp變化趨勢與鋼筋相似,能夠模擬鋼筋的腐蝕狀態(tài)。研究了Fe-C敏感

5、膜在Cl-溶液中的腐蝕傳感規(guī)律,結果表明在腐蝕過程中Fe-C敏感膜的腐蝕傳感規(guī)律不明顯,腐蝕前后輸出光功率增大的數值較小,但總體趨勢是增加的。要實現在實際中的應用,還需進一步研究探索Fe-C敏感膜在Cl-溶液中的可靠傳感規(guī)律。
  構建了分布式Fe-C敏感膜光纖腐蝕監(jiān)測系統,并初步研究了Fe-C敏感膜分布式監(jiān)測的傳感規(guī)律。通過研究發(fā)現,在腐蝕過程中由Fe-C敏感膜引起的光功率損耗會逐漸減小,可以通過光功率的損耗變化獲取該點的腐蝕信

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