The project proposes an all-fiber current sensing technology based on Micro/Nano fiber ring coated by magnetic fluid,which is named as M-M coupler for short.The project will delve into the fundamental theory and key technologies involved in the proposed sensor,which include:①investigating the formation of periodic wavelength coupling in the M-M coupler and grasping the sensing principle of the coupler to the applied current signals;②investigating the dependence of resonance coupling spectrum on M-M construction parameters that include the parameters of Mciro/Naro fiber ring and the magnetic-optic character of the magnetic fluid.Accordingly try to find the ways of fabricating a M-M coupler which has coupling spectrum with high Q-factor character by optimizing the coupler parameters;③mastering the thermal properties of M-M coupler's component materials,setting up the mathematical relationships between the coupling wavelength, M-M construction parameters and the thermal paramters of each component materials in M-M coupler, and then exploring a kind of temperaure insensitive optical current sensor by optimizing the M-M coupler.④grasping the dependence of coupler spectrum on the optical and thermal properties of package materials and deciding the package technology of sensor.The project is expected to lay theoretical and experimental foundations for realizing an all-fiber current sensor that and has wide responding bandwidth,high sensitivity,and be insensitive to the environmental temperature. The achievements from our research works are important for getting further insight into the properties of Micro/Nano fiber rings and the magnetic fluid, enriching the fiber ring coupler related theories, and also providing theoritical guidelines for expanding their applications widely in other sensing fields.
围绕基于磁流体包覆微纳光纤环结构(简称:微-磁结构)的电流检测技术的基础理论和关键技术展开研究:①研究微-磁结构中波导耦合形成的内在物理过程,分析微-磁结构对电流的传感机理;②分析微纳光纤结构参数及磁流体的磁光特性对微-磁结构输出耦合光谱特征的影响规律。从中掌握高Q值耦合光谱的形成机理,确定微-磁结构最优设计方法;③明确微-磁结构内部各组成部分材料的热敏特性与输出耦合波长、微-磁结构参数之间的数学定量关系,探索通过优化微纳光纤环结构实现温度不敏感型电流传感器的技术途径;④掌握传感器封装材料光学及热学特性对微-磁结构输出光谱特征影响规律,确定传感器封装材料选取原则及封装工艺。项目旨在为实现宽频、高灵敏度、温度不敏感型全光纤电流检测技术奠定理论和试验研究基础。项目研究对深入了解磁流体的特性,丰富微纳光纤环波导理论及拓展其在光传感器领域的应用具有理论意义。
项目研究按申请书所拟定研究内容执行,完成了所有研究内容。经项目研究,掌握了微-磁结构中波导耦合形成的内在物理过程,明确了微-磁结构对电流的传感机理;分析了微纳光纤结构参数及磁流体的磁光特性对微-磁特性结构输出耦合光谱特征的影响规律,在这一基础上:①掌握了高Q值耦合光谱的形成过程,确定微-磁结构最优设计原则;②明确了微-磁结构内部各组成部分材料的热敏特性与输出耦合波长、微-磁特性结构参数之间的数学关系,优化了耦合结构参数,实现了环境温度不敏感性电流传感器;掌握了传感器封装材料光学及热学特性对微-磁结构输出光谱特征影响规律,最终确定了传感器封装材料选取原则及封装工艺;提出了一种基于边缘滤波器的波长解调技术,实现了微-磁传感器输出信号的快速解调。.在以上基础理论和关键技术的研究基础上,项目组对制作封装后的传感性进行了试验测试。试验研究证明:该测试系统最低检测限为10A,传感器的准确度优于国家0.2级标准,在20℃-80℃的温度变化范围内,传感器耦合光谱波长不发生偏移,有效抑制了环境温度对传感器性能的影响。.项目研究成果在学术高水平期刊上发表论文7篇,国际学术会议2篇,培养博士生1名,硕士生3名。.项目综合光波导学、电磁场理论、光纤光学等多学科理论与试验手段,获得了新型光纤电流传感机理,实现了宽频、高灵敏度、温度不敏感型全光纤电流传感器,解决了现有光学电流传感技术存在的部分技术瓶颈问题。项目研究成果对推动当前光纤电流传感技术具有重要的理论和实际工程意义。
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数据更新时间:2023-05-31
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