基于長周期光纖光柵的溶液濃度傳感技術(shù)的研究.pdf

1、溶液濃度是表征溶液特性的主要參量之一。對溶液濃度的測量與控制在造紙、化工、制糖、食品、制藥等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。長周期光纖光柵傳感器以其良好的電氣絕緣性、抗電磁干擾性、抗腐蝕性、體積小、重量輕、靈敏度高、復(fù)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)溶液濃度測量手段測量缺點(diǎn)，是具有良好應(yīng)用前景的溶液測量傳感器。 本文以長周期光纖光柵(Long Period Grating)為研究對象，對LPG的理論和傳感技術(shù)進(jìn)行深入的研究。提出了LPG測量溶液濃

2、度的方案，對LPG溶液濃度技術(shù)進(jìn)行了深入的理論和仿真研究，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 文中概括地介紹了光纖光柵制作及其應(yīng)用技術(shù)的研究狀況。推導(dǎo)出LPG導(dǎo)模與包層模的耦合關(guān)系；對LPG導(dǎo)模和包層模有效折射率、耦合系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算；分析研究了LPG參數(shù)對光柵譜形的影響，得出合理設(shè)計(jì)光柵參數(shù)的理論依據(jù)。針對LPG對外界折射率敏感的特性，給出了LPG中心波長變化量與外界折射率的關(guān)系表達(dá)式，并用Matlab進(jìn)行模擬計(jì)算，給出了LPG在不同參數(shù)下的傳

3、感特性。 針對NaCl溶液濃度傳感，設(shè)計(jì)了一套LPG傳感實(shí)驗(yàn)裝置，并分別用不同LPG進(jìn)行了傳感實(shí)驗(yàn)研究。對于不同的光柵，光柵中心波長與NaCl溶液濃度均成非線性關(guān)系，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和LPG折射率傳感公式得出光柵中心波長與濃度關(guān)系式，關(guān)系式與測量數(shù)據(jù)擬合度較高，其計(jì)算值與測量值之間誤差小于0.007 nm；不同的光柵有不同的傳感區(qū)域；光柵在溶液的低濃度端和高濃度端分別具有不同的靈敏度。因此，采用LPG進(jìn)行溶液濃度傳感時(shí)，應(yīng)針對不同的