长周期光纤光栅土壤水分测量方法研究.pdf

目录 目 录 1 绪论 1 1.1 课题研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势2 1.2.1 土壤水分测量技术的国内外研究现状及发展趋势2 1.2.2 长周期光纤光栅传感技术的国内外研究现状及发展趋势 5 1.3 论文主要研究内容 8 2 长周期光纤光栅土壤水分传感机理9 2.1 长周期光纤光栅概述9 2.1.1 长周期光纤光栅简介9 2.1.2 长周期光纤光栅原理 10 2.2 长周期光纤光栅结构参数分析 11 2.2.1 长周期光纤光栅包层结构阶次 11 2.2.2 长周期光纤光栅栅长 12 2.3 长周期光纤光栅传感特性分析 13 2.3.1 长周期光纤光栅的温度特性 13 2.3.2 长周期光纤光栅的应变特性 15 2.3.3 长周期光纤光栅的折射率特性 17 2.3.4 长周期光纤光栅的交叉敏感特性 18 2.4 长周期光纤光栅土壤水分传感原理 19 2.4.1 长周期光纤光栅水分测量机理 19 2.4.2 土壤水分测量关键问题22 2.5 本章小结23 3 长周期光纤光栅土壤水分传感器的设计与制作工艺25 3.1 传感器的设计要求25 3.2 光纤光栅的选型25 3.3 水敏材料制作26 3.3.1 水敏材料选型26 3.3.2 水敏材料配制28 3.4 PVA 厚度设计29 3.5 聚乙烯醇涂覆工艺30 3.6 传感器温度补偿31 3.7 本章小结34 4 涂覆后的裸光栅性能测试与传感器封装35 I 西安理工大学硕士学位论文 4.1 土壤水分传感器制作工艺流程 35 4.2 土壤水分传感器涂覆方案 36 4.2.1 涂覆仪器装置 36 4.2.2 光栅表面预处理 37 4.2.3 涂覆工艺流程 37 4.2.4 固化与冷却定型 39 4.3 土壤水分传感器封装方案 40 4.3.1 传感器封装要求 40 4.3.2 传感器封装设计 40 4.4 裸光纤光栅的性能测试 42 4.4.1 裸光纤光栅的温度特性实验 43 4.4.2 裸光纤光栅的湿度特性实验 44 4.5 本章小结 46 5 长周期光纤光栅土壤水分传感器的标定与性能测试 47 5.1 土壤水分测试系统的搭建 47 5.1.1 土壤样品配置 47 5.1.2 测试系统搭建 49 5.2 测试系统仪器选择 50 5.2.1 光源 50 5.2.2 光谱仪 51 5.2.3 温湿度计 51 5.3 土壤水分传感器性能测试 53 5.3.1 传感器的温度性能测试 53 5.3.2 传感器的湿度性能测试 54