基于FLRD和全光纤M-Z干涉的磁场与温度传感系统研究

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1、工学硕士学位论文基于FLRD和全光纤M-Z干涉的磁场与温度传感系统研究孙滨超哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：TP212.1工学硕士学位论文基于FLRD和全光纤M-Z干涉的磁场与温度传感系统研究硕士研究生：孙滨超导师：沈涛副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TP212.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringResearchonMagneticFieldandTemperatureSensingSystemBasedo

2、nFLRDandAll-fiberM-ZInterferometerCandidate：SunBinchaoSupervisor：A/Prof.ShenTaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：OpticsEngineeringDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于FLRD和全光纤M-Z干涉的磁场与温度传感系统研究

3、》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：孙滨超日期：2018年3月29日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于FLRD和全光纤M-Z干涉的磁场与温度传感系统研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，

4、同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密。(请在以上相应方框内打√)作者签名：孙滨超日期：2018年3月29日导师签名：沈涛日期：2018年3月29日基于FLRD和全光纤M-Z干涉的磁场与温度传感系统研究摘要磁场与温度的传感在电力系统放电监测、复合材料成型加工、医疗生化安全监控等领域有着广泛的应用。功能多样化和结构集成化的传感器是实现磁场与温度测量的有效途径。和传统电信号解调的传感系统相比，光纤传感器以其更高灵敏度、

5、更强稳定性以及结构上更加轻巧紧凑的优势，在近些年得到了迅速发展。论文将磁场测量与温度测量和光纤传感相结合，分别设计并制作了基于时分复用原理光纤环形衰荡结构的磁场与温度传感系统和基于马赫-曾德干涉的全光纤磁场与温度传感系统。具体工作内容包括：从磁凝胶的光学特性入手，对磁凝胶实现光纤传感的作用原理进行了系统分析。设计了磁凝胶的制备工艺，实现了利用化学共沉淀法制备磁凝胶基质Fe3O4纳米颗粒并利用该纳米颗粒制备了适用于磁场传感的磁凝胶。对微纳光纤的基本特性及传感原理进行了分析。完成了基于化学腐蚀法和火焰拉锥法实现微纳光纤制备的工艺。将制备好的微纳光纤和磁凝胶结合，制备了磁场传感系统的传感头。

6、设计并搭建了基于时分复用原理光纤环形衰荡结构的传感系统，在室温下，磁感应强度为25mT~70mT时，磁场传感系统的测量灵敏度为12.70ns/mT。在磁感应强度为25mT，温度为20.3℃℃~79.7时，温度传感系统的测量灵敏度为3.53ns/℃。该传感器兼顾较高的测量灵敏度和稳定性。设计并搭建了基于马赫-曾德干涉的全光纤磁场与温度传感系统，在室温下，磁感应强度为25mT~50mT时，磁场传感系统的测量灵敏度为0.30nm/mT。在磁感应强度为0，温度为25℃℃~30时，温度传感系统的测量灵敏度为0.52nm/℃。该传感器具有较高的测量灵敏度。论文基于对传感系统的理论分析及公式推导，通

7、过实验进行验证，提供了两种高灵敏度、高稳定性的光纤磁场与温度解决传感方案，可为相关工程应用提供参考和借鉴。关键词磁凝胶；光纤环形衰荡；马赫-曾德干涉；磁场传感；温度传感IResearchonMagneticFieldandTemperatureSensingSystemBasedonFLRDandAll-fiberM-ZInterferometerAbstractThesensingofmagneticfieldintensityandtemp