基于微纳光纤环形谐振腔的湿度传感器研究-通信与信息系统专业论文.docx

万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 万方数据 万方数据 摘要 摘要 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 湿度是环境参量中较难检测又特别重要的物理量之一，在众多领域有影响， 针对它的传感器在响应速度、监测范围、制作工艺、使用寿命等方面都有要求， 然而，依托目前的技术，很难全面满足以上要求。 为了能制作一种能满足上述要求的湿度传感器，本文首先研究了传统的湿度 传感器，分类总结了其原理、优缺点，并结合光纤传感器的优点，提出了用微纳 光纤环形谐振腔来实现湿度传感的设想。 其次，在总结了微纳光纤及微纳光纤环形谐振腔研究现状的基础上，文章分 析了微纳光纤的光场传输特性，推导了Knot型微纳光纤环形谐振腔(MKR)的传输方 程，并深入研究了其传感特性以及影响传感特性的因素。并理论分析了微纳光纤 吸湿和脱湿的过程，得到了湿度响应时间的表达式。接着文章推导了MKR用作湿 度传感器的理论依据，并借助材料学的知识，得出了介质密度的变化会导致介质 折射率变化从而影响微环谐振波长的结论。并结合常见的两种亲水性物质：聚甲 基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PAM)，通过MATLAB仿真，验证了我们的结论。 接下来文章总结了现阶段制作微纳光纤的常用方法，详细介绍了实验中用到 的基于单模光纤(SM)、PMMA以及PAM微纳光纤的制作方法及步骤，并描述了 MKR的制作方法，研究了实验室中制作的三类MKR的输出光谱。 最后实验研究了这三类 MKR 用作湿度传感器时的湿度响应特性，实验发现： 基于 SM 的 MKR(S-MKR)湿度传感器具有~12pm/10%RH（相对湿度）的湿度灵敏 度以及 14%RH 到 60%RH 的湿度测量范围，基于 PMMA 的 MKR(PM-MKR)湿度 传感器具有湿度灵敏度~88pm/10% RH 以及 17%RH 到 95%RH 的湿度监测范围， 而基于 HYPERLINK /ps.aspx?pid=38 PAM 的 MKR(P-MKR)湿度传感器的湿度灵敏度达到了~270pm/%RH，其监 测范围也达到了 10%RH 到 62%RH。该类湿度传感器的响应时间达到了毫秒量级， 并且具有很好的重复性。 研究发现：这三类湿度传感器是由单模光纤或者聚合物溶液直接拉制而成， 制作过程中无需再进行任何湿敏材料的涂覆，因而制作非常的简单，具有体积小、 稳定性好、成本低廉、较大的湿度监测范围、非常高的湿度灵敏度以及非常迅速 的湿度响应等优点，满足了湿度传感的需求。有望在以后工业生产及人们日常生 活中取得重大应用，也为日后生产出更先进的湿度传感器提供了一定的方法和经 I 摘要 验。 关键词：湿度传感器，微纳光纤，环形谐振腔，光纤传感器 II ABSTRACT ABSTRACT 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 ABSTRACT Humidity is one of the most important Environment Parameters which is hard to monitoring and huge in affects, according to this, sensors which to monitoring it has the requirements in response time, monitoring range, manufacturing process and service life, however, it is difficult to fully meet the above requirements. In order to manufacture one kind of humidity sensor to meet the above requirements, the traditional humidity se