膜片式光纤EFPI传感器的研究

论文摘要

在大型油罐群中,为了计算储油量需要精确测量油罐中液位的高度,膜片式光纤EFPI传感器由于具有本质安全、电绝缘、抗电磁干扰等优点,非常适合大型油罐群、油库液位的精确测量。本文在膜片式光纤EFPI压力传感器的制作方法、液位测量方面进行了研究,主要工作有：对构成膜片式光纤EFPI传感器的材料、几种常用的制作方法以及不同的材料和制作方法对膜片式光纤EFPI压力传感器性能的影响等方面进行了详细的分析,提出了使用熔融石英材料的毛细管和膜片,采用二氧化碳激光熔接法制作膜片式光纤EFPI压力传感器的方案。设计并搭建了激光熔接系统,利用该系统实现膜片与毛细管、光纤与毛细管之间的热熔,制作了全石英结构的膜片式光纤EFPI压力传感器,并对其进行压力性能测试,在0-50KPa的压强测量范围内,传感器的压强灵敏度为5.3nm/KPa,测量分辨率为36.58pm,对应的压强分辨率为6.9Pa。对制作的膜片式光纤EFPI压力传感器进行温度敏感性测试,并对引起传感器温度敏感的原因进行了分析,采用环氧胶法制作的膜片式光纤EFPI压力传感器的温度敏感性为3.3nm/℃,而采用激光熔接法制作的压力传感器的温度敏感性为0.37 nm/℃,温度引起的压强测量误差为69.8Pa/℃,其温度敏感性是环氧胶法制作的压力传感器的1/9。本文的工作为膜片式光纤EFPI压力传感器用于液位测量奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光纤EFPI传感器发展概述
• 1.2 膜片式光纤EFPI传感器发展概述
• 1.3 选题的依据和意义
• 1.4 论文结构和主要内容
• 2 膜片式光纤EFPI传感器系统的理论分析
• 2.1 光纤EFPI传感器理论基础
• 2.1.1 Fabry-Perot干涉仪基本原理
• 2.1.2 膜片式光纤EFPI传感器原理
• 2.2 光纤EFPI传感器的解调方法
• 2.2.1 强度解调法
• 2.2.2 傅立叶变换解调法和最小均方误差解调法
• 3 膜片的形变理论
• 3.1 均匀压力下膜片的形变
• 3.2 膜片的频响特性
• 3.3 膜片的受力分析
• 4 膜片式光纤EFPI传感器的制作
• 4.1 膜片式光纤EFPI传感器的结构
• 4.2 材料的选择
• 4.3 常用的制作方法
• 4.4 激光熔接技术研究
• 4.4.1 激光熔接系统
• 4.4.2 膜片与毛细管的熔接
• 4.4.3 光纤与毛细管的熔接
• 5 膜片式光纤EFPI传感器的实验研究
• 5.1 压力测试及实验结果
• 5.1.1 压力测试系统
• 5.1.2 传感器的性能分析
• 5.2 温度敏感性测试及实验结果
• 5.2.1 温度敏感分析
• 5.2.2 温度敏感性测试系统
• 5.2.3 温度敏感性测试结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢