论文部分内容阅读
20世纪六、七十年代,低损耗的光纤问世,孕育了一门崭新的技术——光纤传感技术。光纤传感原理是:当一束光在光纤中传播时,外界的环境变化(如温度、折射率、应力应变等等)很容易影响到光纤内部传输光的特征参量(如强度、相位、偏正态等等)。所以,通过解调这些特征参量,就可以探测到光纤所处环境物理量的变化信息。并且光纤以其材料的特殊性(主要成分二氧化硅),相比于传统的电学量的传感器有着无可比拟的优点。可工作在高温高压、强酸强碱等恶劣的条件下,同时又具有很高的灵敏度。随着光纤传感技术的不断成熟,各种类型的光纤传感器被人们设计出来。其中,M-Z干涉型光纤传感器结构简单,制作方法简便,有批量化生产的潜质,逐渐成为的众多学者研究的重点。制作光纤传感器的一种技术就是拉锥技术。拉锥技术一种重要的光纤后处理技术,广泛的用于制作耦合器、波分复用器等光纤器件。利用拉锥技术,可以在光纤上加工特定参数的锥区,并构成M-Z结构。再通过一些后续的封装处理,就能得到一个结构小巧,高灵敏度光纤传感器。目前,在乳制品的工业生产中,其浓度很大程度上影响到产品的质量。乳产品的成分复杂,但其浓度主要受到含水量的影响,而其折射率又与其含水量在一定范围内有近似线性关系。因此,可以通过检测乳产品折射率来判定其浓度。但是,乳产品属于半透明或不透明的液体,传统折射率测量仪——阿贝折射计只能检测透明液体折射率。而本论文提出的光纤传感器可以很好的解决这个问题。本论文的题目:基于拉锥技术的光纤传感器及其在乳产品浓度检测中的应用,主要内容就是利用拉锥技术加工出M-Z结构的光纤传感器,并利用它检测乳制品的浓度。本论文以实验为主,理论分析作为辅助,重点是如何制作一种高灵敏度的光纤传感器。本论文的创新点在于:(1)在锥形光纤传感器的锥区引入弯曲,通过理论分析与实验验证,灵敏度比较同类的光纤传感器提高的一个数量级以上,最高达到了138.46nm/RI。并且,我们还测量了传感器的温度敏感性,为0.02nm℃,由于乳制品的浓度检测时,温度变化范围不大,所以基本上可以排除温度变化对实验结果的影响。(2)提出了一种传感器探头的封装形式,这样,传感器的结构更加坚固,同时真正意义上的减小了传感器的体积,使得传感器可以应用于狭窄细小的环境,并且测量折射率的过程更加方便。(3)本论文将实验与实际的工业应用相结合,为乳制品的浓度检测提供了一种新的方法。搭建了一套折射率测量的系统,配合光电检测技术,缩小了实验成本,并得到的可靠的实验结果。