dc-pcf激光多普勒技术及其在微多相流中的应用研究

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1、硕士学位论文题目:DC-PCF激光多普勒技术及其在微多相流中的应用研究研究生赵冠军专业能源机械装备及其自动化指导教师黄雪峰副教授徐江荣教授完成日期2015年12月杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明独创性声明本人郑重声明：所互交的学位论文．是本人在导师的指诗下，独亩进行研究－论文不含任何其他个人或［；作所取得的成果。除文中。经注明引用的内容外，本’策体Ｂ经发表或撰与过的作品或成果。对本文的研巧做出虽要贡献的个人和集体，巧己在义中明确方式柿明。一中请学位论文巧资料若有不实么处，本人

2、承巧切巧关责任。＇：円期：年Ｕ论义作靑签名：＾ｓ豕学位论文使用授权说明：硏究本人充全了解杭州电子科技火学关于保留和使用学位论文的规定，即生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位摇杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后论文工作成果时署名单位化然为杭州电子科技火学。，发表论文或使用学校有权保留送义沧文的复印件；学校可公布论文的全，化许查阅和借巧论文、。（保密论文巧部或部分内容，可允许采用影印缩印或其它复制乎段保巧论文解密后遵守此规定）－：论义作者签名：起餐务［＾期年Ｕ指导教师

3、签名：日朋：年＿月曰＾７杭州电子科技大学硕士学术论文DC-PCF激光多普勒技术及其在微多相流中的应用研究研究生：赵冠军指导教师：黄雪峰副教授徐江荣教授2015年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterTheapplicationresearchofDC-PCFlaserdopplertechnologyinmicromultiphaseflowCandidate:GuanJunZhaoSupervisor:A.Pro

4、f.XueFengHuangProf.JiangRongXuDecember，2015杭州电子科技大学硕士学位论文摘要双芯光子晶体光纤(Dual-corePhotonicCrystalFiber,DC-PCF)是近年来发展起来的一种新型全内反射型光子晶体光纤，由于具有双折射性高、非线性好、单模传输等独特性质，已广泛应用于曲率、温度、压力、扭矩和速度传感等领域。本论文利用DC-PCF的相干特性，将其应用到激光多普勒系统中，开发出一种新型的光纤激光多普勒测速系统。由于DC-PCF具有两个传输纤芯共享一个包层的结构，因此可大

5、大简化系统复杂度，减少光路调节。而且速度测试探头进一步微型化，易于嵌入MEMS系统，可实现微/纳米流体的速度测量。针对DC-PCF激光多普勒测速系统的设计及开发，本文对以下几个方面进行了研究：（1）DC-PCF的传输和相干特性。实验研究了DC-PCF的光斑输出特性和相干特性，结果表明光纤出射两个独立的光斑，光斑强度近似成高斯分布，两个光斑的强度之比约为1:1。在距离光纤端面约30m后，两独立光斑相互叠加后形成清晰的5条干涉条纹，随着与光纤端面的距离的增加，干涉条纹的间距逐渐增大。在距离2.0cm处，±2级亮条纹与0级

6、、1级亮条纹的强度之比分别为1:3.4和1:2.4。而计算结果表明±2级亮条纹和0级、1级亮条纹的强度之比分别为1:4.5和1:3.5。可见，实验结果比理论计算结果强度比小，主要是由于实验过程中噪声引入所致。（2）DC-PCF探头加工和系统搭建。采用高压放电技术对光纤端面进行熔融处理，制作微透镜，可优化双芯光子晶体光纤形成的控制体结构，也可用于提高光纤接收光散射信号。设计并制作多粒子发射系统，分析粒子光散射特性，确定粒子散射信号接收方式，搭建和完善了基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度测试系统。（3）基于DC-PCF激

7、光多普勒的速度测试。分析基于DC-PCF的激光多普勒单点和多点速度测量原理，确定前向散射接收方式，并进行单点、两点和三点速度测试。单点测量时，粒子平均速度为0.980m/s，相对不确定度为0.5%；两点测量时，粒子平均速度分别为1.761、1.769m/s；三点测量时，粒子平均速度分别为2.106、2.084、2.097m/s。实验结果表明，基于DC-PCF的激光多普勒速度仪可进行多点速度测量。（4）基于DC-PCF的激光多普勒速度仪嵌入MEMS的速度测量。设计、加工微系统装置，并嵌入DC-PCF。通过选择跟随性良好的

8、粒子，应用多普勒速度测量技术对流体的速度进行测量，获得流体的速度为0.113m/s。验证结果表明基于DC-PCF的激光多普勒技术可以应用于MEMS，对微系统中流体的速度进行测量。关键词：双芯光子晶体光纤，激光多普勒测速技术，微多相流，MEMS，多点速度测量I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTDual-corephoton