论文部分内容阅读
葡萄糖溶液的浓度直接影响生物体的正常功能和食品的质量,因此检测葡萄糖的浓度具有重要意义。在实际测量时,为了提高测量精度,应尽量降低温度影响。另外,传感器的灵敏度越高越好,为此设计出了非对称双锥结构,使光谱两个干涉波长移动对温度和对葡萄糖溶液浓度灵敏度不同,从而可以解调出双参量,同时双锥在一定程度上可增大传感器对外环境的灵敏度。
论文主要有三个部分的内容,第一部分介绍三芯非对称锥形光纤马赫曾德干涉仪传感器的设计和使用级联拉锥方法的制造过程,通过实验研究出干涉仪长度的最优参数为8.31mm。非对称锥形双锥之间的距离为3mm,其目的是为了在一定程度上提高灵敏度并产生不同的耦合参数,进一步确保可以同时测量温度以及葡萄糖溶液浓度,从而降低温度对葡萄糖溶液浓度测量准确性的影响。由于进行拉锥之后,级联结构三芯传感器的长度仅增加了1.31mm,制成的传感器的较小的锥腰直径为74.06um,这意味着该传感器坚固耐用。该方法制成的三芯非对称双锥光纤传感器符合马泽干涉传感,因此直接使用了多芯光纤的马泽干涉传感原理。而后对该三芯非对称锥形传感器分别进行了温度以及葡萄糖溶液浓度的传感实验。本文不仅详细地给出了温度以及葡萄糖溶液浓度这两个量同时测量时的解调矩阵,而且也给出了该双锥结构马泽干涉传感器传感温度与葡萄糖溶液浓度的理论公式。第二部分主要内容是研究四芯级联光纤传感器的传感特性并全方位的与第一部分的三芯光纤传感器的传感特性进行比较。首先介绍了新型四芯锥形光纤传感器的制造方法,之后以小间隔精细测量了其在不同温度和葡萄糖溶液浓度下的透射光谱,提取干涉峰波长和光传输相对功率,分析其与温度和葡萄糖溶液浓度之间的线性关系。第三部分建立三层BP神经网络对三芯光纤传感器实验数据进行后期处理,可以对样本中所没有的输入值进行输出预测。论文的创新点:(1)创新性地提出了在三芯锥形光纤上引入非对称双锥,以便形成不同耦合参数,由此实现了多参量同时传感(2)只需要保证锥形多芯光纤传感器的直线形状就能有很好的重复性,与需要保持特殊形状的传感器相比容易制造,而且不易折断。(3)使用BP神经网络处理传感数据,可以较准确预测出网络在训练时未曾见过的数据点相应的溶液浓度和温度。
本论文中所提出的三芯非对称锥形光纤传感器被固定封装来保持传感头的直线状态,从而获得更理想的干涉谱。与需要保持S型,水滴圆形等特殊形状才能获得需要的干涉传输光谱的传感器相比,直线保持封装简易得多。其灵敏度为-31.01pm/℃,-22.12pm/℃和195.67pm/%,162.31pm/%,相比之下,四芯锥形光纤传感器的温度灵敏度至少是三芯传感器灵敏度的4.7倍,但是新型三芯光纤传感器具有测量范围大,结构更不易折断,可以双参量同时测量,能克服光纤干涉仪传感中参数间的交叉敏感性等优势。为了探索获得更精确的测量结果,对三芯非对称锥形光纤的实验数据利用三层BP神经网络进行处理,与测量得到的已知样本对比,预测结果显示比解调矩阵的精度高,进一步表明利用神经网络进行数据再处理具有一定的实际意义。
论文主要有三个部分的内容,第一部分介绍三芯非对称锥形光纤马赫曾德干涉仪传感器的设计和使用级联拉锥方法的制造过程,通过实验研究出干涉仪长度的最优参数为8.31mm。非对称锥形双锥之间的距离为3mm,其目的是为了在一定程度上提高灵敏度并产生不同的耦合参数,进一步确保可以同时测量温度以及葡萄糖溶液浓度,从而降低温度对葡萄糖溶液浓度测量准确性的影响。由于进行拉锥之后,级联结构三芯传感器的长度仅增加了1.31mm,制成的传感器的较小的锥腰直径为74.06um,这意味着该传感器坚固耐用。该方法制成的三芯非对称双锥光纤传感器符合马泽干涉传感,因此直接使用了多芯光纤的马泽干涉传感原理。而后对该三芯非对称锥形传感器分别进行了温度以及葡萄糖溶液浓度的传感实验。本文不仅详细地给出了温度以及葡萄糖溶液浓度这两个量同时测量时的解调矩阵,而且也给出了该双锥结构马泽干涉传感器传感温度与葡萄糖溶液浓度的理论公式。第二部分主要内容是研究四芯级联光纤传感器的传感特性并全方位的与第一部分的三芯光纤传感器的传感特性进行比较。首先介绍了新型四芯锥形光纤传感器的制造方法,之后以小间隔精细测量了其在不同温度和葡萄糖溶液浓度下的透射光谱,提取干涉峰波长和光传输相对功率,分析其与温度和葡萄糖溶液浓度之间的线性关系。第三部分建立三层BP神经网络对三芯光纤传感器实验数据进行后期处理,可以对样本中所没有的输入值进行输出预测。论文的创新点:(1)创新性地提出了在三芯锥形光纤上引入非对称双锥,以便形成不同耦合参数,由此实现了多参量同时传感(2)只需要保证锥形多芯光纤传感器的直线形状就能有很好的重复性,与需要保持特殊形状的传感器相比容易制造,而且不易折断。(3)使用BP神经网络处理传感数据,可以较准确预测出网络在训练时未曾见过的数据点相应的溶液浓度和温度。
本论文中所提出的三芯非对称锥形光纤传感器被固定封装来保持传感头的直线状态,从而获得更理想的干涉谱。与需要保持S型,水滴圆形等特殊形状才能获得需要的干涉传输光谱的传感器相比,直线保持封装简易得多。其灵敏度为-31.01pm/℃,-22.12pm/℃和195.67pm/%,162.31pm/%,相比之下,四芯锥形光纤传感器的温度灵敏度至少是三芯传感器灵敏度的4.7倍,但是新型三芯光纤传感器具有测量范围大,结构更不易折断,可以双参量同时测量,能克服光纤干涉仪传感中参数间的交叉敏感性等优势。为了探索获得更精确的测量结果,对三芯非对称锥形光纤的实验数据利用三层BP神经网络进行处理,与测量得到的已知样本对比,预测结果显示比解调矩阵的精度高,进一步表明利用神经网络进行数据再处理具有一定的实际意义。