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基于光纤微型结构与敏感材料结合的传感器性能研究

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基于光纤微型结构与敏感材料结合的传感器性能研究

作者：汪勇武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,得益于信息、材料、微加工技术等多学科的发展,光纤传感器的种类越来越多,许多基于智能敏感材料的光纤微型结构传感器被提出来,极大丰富了光纤传感器的应用领域。与传统的电化学传感器相比,光纤传感器具有无电性、耐电磁干扰、... 详细信息

近年来,得益于信息、材料、微加工技术等多学科的发展,光纤传感器的种类越来越多,许多基于智能敏感材料的光纤微型结构传感器被提出来,极大丰富了光纤传感器的应用领域。与传统的电化学传感器相比,光纤传感器具有无电性、耐电磁干扰、耐高温、成本低、灵敏度高等特点,使得其在温度、湿度、氢气等环境参量的监测领域有着独特的应用优势。而目前提出的光纤温度、湿度、氢气传感器依旧存在一些问题,如灵敏度不高、制作工艺复杂、成本高、稳定性差等,严重制约了光纤温度、湿度和氢气传感器的进一步发展。因此,针对这些存在的问题,研究人员也在不断提出新的改进方法,推动着光纤传感器不断向前发展。本文利用不同材料的敏感特性,同时结合光纤微型结构的独特优势,开发出了三种不同类型的光纤传感器,实现了在温度、湿度和氢气领域的传感测量。本文主要研究内容如下:(1)利用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料的热光效应与光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)特性相结合,开发出了一款基于PDMS材料的SPR型光纤温度传感器。首先采用磁控溅射技术在多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)结构侧面镀上一层金膜,通过研究不同PCF长度和金膜厚度对传感器性能的影响,得到一个性能较佳的传感探头。与多模光纤-单模光纤-多模光纤(MMF-SMF-MMF)结构相比,从理论与实验角度进一步证实了以PCF作为传感区域的优异特性。最后在性能较佳的传感探头的表面涂敷一层PDMS材料,组装得到了SPR型温度敏感探头,其对温度具有很好的响应性,实验结果表明,在35-100℃范围内,灵敏度高达-1.551nm/℃。(2)利用聚酰亚胺吸湿膨胀原理与光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉原理相结合,开发出了一款基于聚酰亚胺的FP型光纤湿度传感器。从理论上分析了FP干涉原理,并且通过计算给出了FP型湿度传感探头的理论湿度值。实验结果显示,传感器在20%RH-90%RH的湿度范围内的灵敏度为22.07 pm/%RH,与理论值十分接近。同时通过在系统中引入光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG),利用FBG对湿度不敏感而对温度敏感的特性,来补偿温度对FP型湿度传感探头的影响。经过数学推导,给出了温度补偿公式,从实验的角度进一步验证了温湿度一体化系统的可靠性。(3)利用Pt/MoO材料吸氢放热原理与光纤FP型传感探头的温敏特性相结合,开发出了一款基于Pt/MoO材料的FP型光纤氢气传感器。从工艺上优化了FP型温度传感探头的制作方法,对比分析了不同的PDMS材料填充厚度与空气腔长度对传感探头性能的影响。将Pt/MoO材料涂敷在性能较优的FP型温度探头的侧面,制备出了FP型氢气敏感探头,在0%-1%的氢气浓度条件下,传感器的灵敏度为-6.20 nm/%。

关键词：光纤传感器微型结构温度湿度氢气

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微型结构与实际应用之间的接口

光机电世界 1994年第2期11卷 12-14页

作者：大舟

微型结构技术,有着很大的应用潜力,这一点已通过许多著名的研究工作得到证实。但是,真正转换为产品,还是处于起步阶段。至今市场上可提供的仅有压力传感器和加速度传感器。在新技术的广泛应用中遇到的一个重要问题,就是有必要掌握在微... 详细信息

微型结构技术,有着很大的应用潜力,这一点已通过许多著名的研究工作得到证实。但是,真正转换为产品,还是处于起步阶段。至今市场上可提供的仅有压力传感器和加速度传感器。在新技术的广泛应用中遇到的一个重要问题,就是有必要掌握在微观结构与宏观环境之间的接口,即有必要做出能够操作微结构的方案。本文以LIGA技术为例,指出操作与装配微型结构问题的解决办法。

关键词： LIGA 微型结构接口设备

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微型结构的新一代致动器

新产品世界 1993年第11期 46-49页

作者：江边

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微型结构16号,金华,中国

世界建筑 2011年第12期 40-43页

作者： Michael Maltzan Architecture 迈克尔.毛赞建筑事务所

微型结构16号是金华建筑设计公园的一部分。公园是艺术家和建筑师艾未未与17位中外建筑师精心设计的。该建筑的建设是为了提供一个安静修养的地方,让观光者可以在这里吃喝、阅读和思考。

关键词：微型结构金华中国建筑设计建筑师艺术家公园

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微型结构的高精密定位

光机电信息 1996年第5期13卷 32-34页

作者：大舟

微系统工程中的现代定位系统,不仅反映在它的机械精度.注意力应当特别放到与复杂系统相连接的电子学系统的通信能力.在激光微细材料加工中,激光脉冲序列必须与基板的定位保持同步.微系统工程有许多特殊要求,最明显的一个例子就是产生电... 详细信息

微系统工程中的现代定位系统,不仅反映在它的机械精度.注意力应当特别放到与复杂系统相连接的电子学系统的通信能力.在激光微细材料加工中,激光脉冲序列必须与基板的定位保持同步.微系统工程有许多特殊要求,最明显的一个例子就是产生电波用的波导.可以通过在适当材料基质(如氧化硅)去除材料的办法,制成微型结构的波导,其深度与宽度约从几微米到几百微米,其纵向延伸与变化受基质的限制.

关键词：微系统工程微型结构高精密定位通信

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英语绘本阅读“微型结构”教学的构建与实施

校园英语 2021年第50期 220-221页

作者：张平江苏省张家港市徐市小学

小学英语教学重在培养学生的英语学习的核心素养能力,从对英语学习的语感启蒙,再到自主阅读能力的培养,最后形成持续阅读的能力。英语绘本作为课内外补充学习内容,究其特点,要求教师在组织英语绘本阅读时,将学生置于教育教学的中心位置... 详细信息

小学英语教学重在培养学生的英语学习的核心素养能力,从对英语学习的语感启蒙,再到自主阅读能力的培养,最后形成持续阅读的能力。英语绘本作为课内外补充学习内容,究其特点,要求教师在组织英语绘本阅读时,将学生置于教育教学的中心位置,根据学生学习能力构建微型结构,立足教学内容制定实施措施,调动学生参与学习兴趣,促使学生在学习英语绘本阅读中,不断提高自身的英语综合素养。本文主要对英语绘本阅读"微型结构"教学的构建与实施进行浅析。

关键词：英语绘本阅读微型结构构建实施

用于解释电致变色氧化钨微型结构和氧化钨膜劣化的模型

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