【摘 要】
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海洋是人类生存和发展的重要空间和资源宝库。对海洋的精确探测和持续观测有助于人类更好地了解海洋和发展海洋。在众多海洋水文要素中,对海水盐度的测量尤其重要。本文研究
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海洋是人类生存和发展的重要空间和资源宝库。对海洋的精确探测和持续观测有助于人类更好地了解海洋和发展海洋。在众多海洋水文要素中,对海水盐度的测量尤其重要。本文研究了全光纤海洋盐度传感技术,基于光纤有源内腔传感技术,采用反射式光纤多模干涉结构,通过测量海水的折射率来间接测量海水的盐度,实现了海水盐度的高精度测量。本文的主要研究工作归纳如下:(1)介绍了海洋盐度传感器的研究背景、海洋盐度的定义与发展以及基于电极式电导率传感器的海洋盐度检测技术发展趋势。根据目前光纤传感实现溶液折射率测量的各种技术方案,阐述了基于多模干涉结构的光纤传感器在海洋盐度测量领域的应用潜力。(2)基于无芯光纤多模干涉结构的分立式无源海洋盐度传感系统传感特性的研究。根据多模干涉结构的光纤传感理论,对基于无芯光纤的多模干涉结构的折射率和温度传感特性进行模拟,并通过实验进行分析和论证。基于无芯光纤的多模干涉结构的折射率灵敏度为125.23nm/RIU,温度灵敏度为6.11pm/°C。该光纤传感结构具有折射率灵敏度高,温度交叉敏感小的特点。分立式无源传感系统的盐度探测极限为2.45‰。(3)基于无芯光纤多模干涉结构的有源内腔调制海洋盐度传感系统传感特性的研究。将基于无芯光纤的多模干涉结构与有源内腔传感技术结合,实现海洋盐度探测极限的优化。设计了温度自补偿式有源内腔海洋盐度传感系统和反射式有源内腔海洋盐度传感系统,并对两套传感系统分别进行了折射率特性、温度特性和稳定性的实验研究。分析了反射式有源内腔传感系统在工程应用方面的优势,系统的盐度探测极限为0.0042‰。(4)全光纤海洋盐度传感系统原理样机的设计及性能测试。将反射式有源内腔海洋盐度传感系统进行工程化设计,包括原理样机的布局设计、传感探头的封装设计、光纤密封机械部件的设计以及基于LabVIEW的数据采集模块的设计,并对全光纤海洋盐度传感系统样机进行性能测试。
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