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长周期光纤光栅氢气传感器研究

季海焦

   气体浓度是表征气体特性的主要参量之一。对气体浓度的测量与控制在造纸、化工、食品、制药等行业中有着广泛的应用。长周期光纤光栅传感器以其良好的电气绝缘性、抗电磁干扰性、抗腐蚀性、体积小、重量轻、灵敏度高、复用性强等特点,弥补了传统气体浓度测量手段测量缺点,是具有良好应用前景的气体测量传感器。 本文以长周期光纤光栅(LPFG)为研究对象,对LPFG的理论和传感技术进行的研究,尤其是对LPFG折射率传感理论进入深入研究,结合气敏薄膜机理,提出了LPFG测量气体浓度(H2)的方案,对LPFG氢气气体浓度测量技术进行了深入的理论和仿真研究,并进行了实验验证。 文中概括地介绍了长周期光纤光栅传感应用技术以及基于折射率传感的LPFG的国内外的研究状况。推导出长周期光纤光栅导模与包层模的耦合关系;对LPFG导模和包层模有效折射率、耦合系数进行了计算;分析研究了长周期光纤光栅参数对光栅谱形的影响,得出合理设计光栅参数的理论依据。针对LPFG对外界折射率敏感的特性,给出了LPFG中心波长变化量与外界折射率的关系表达式,并用Matlab进行模拟计算,给出了LPFG在不同薄膜折射率n3下的传感特性。针对氢气气体浓度传感,设计了一套LPFG传感实验装置,并分别对不同的氢气浓度进行了传感实验研究。通过对实验结果研究分析,发现实验结果与前面理论上折射率传感特性仿真相似,最后并对实验误差做了详细说明。……   
[关键词]:长周期光纤光栅;气体浓度;折射率;Matlab;氢气
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:燕山大学2009年
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