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随着信息社会的发展,传感器技术作为高新信息技术,其重要作用日益显著。光纤传感器是世界上兴起的一种新型传感技术,是科技工作者应用光纤通讯和集成光学技术成就,并加以发展的结晶。由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视,各发达国家更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。
本文从理论上推导并描述了光纤弯曲损耗的原理与分类,并在此基础上设计出一款基于光纤弯曲损耗的流速测量新型传感器,在实验的基础上验证了它的可靠性与稳定性。然后再次把光纤弯曲损耗拓展应用到流体密度的测量,并进行了实验的探讨和验证。该传感系统具有操作简单、价格低廉、解调方便等优点,可望在流速与密度测试系统中得到广泛的实际应用。具体如下:
(1)系统地介绍了光纤传感技术的基本概念、工作原理、主要类型、发展过程及优点,阐述了国内外光纤传感器在实验室研究开发和工程应用上的现状。
(2)研究和分析了光纤的一些基本特性,基本参数,对光纤弯曲损耗进行了比较全面的分析与描述。本文重新提出使用光纤的弯曲效应来作传感测量,具有更高的精确度以及更好的实用价值。
(3)基于光纤弯曲损耗的理念设计出了一款测量流速的新型传感结构。设计了一种新的固定与弯曲结构。合理选择光纤的初始弯曲曲率,能够优化不同流速范围的流速测量。采用适当阻挡物,增加系统的灵敏度。实验证明,采用冲击面积为11×11mm2的阻挡物时,流速测量的精确度提高了5倍。
(4)把弯曲损耗传感器的概念应用到密度测量。理论计算了针对不同密度范围下的不同传感端浮子要求,对于常用流体密度测量。实验测得这种光纤密度计的精确度为±0.02g/cm3
(5)简单介绍了另一光纤传感的工作,在强度型光纤传感系统中,采用参考端置于与待测物折射率特性相同的物质中,可以消除温度,振动等因素对测量的影响,实验结果表明,这种传感方式能够很好地对物质的溶解和凝固过程进行实时在线监测。
(6)对本论文研究工作总结和展望,指出商用化还需注意的一些问题。