时空二维Kalman解卷绕与Φ-OTDR协同的水声多目标探测(特邀)

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作者 吴金懿 王照勇 +9 位作者 刘依凡 陈义赐 陈柏琦 宋菲菲 李璇 皮浩洋 叶青 高侃 蔡海文 瞿荣辉 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期315-325,共11页

水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入... 水下多类型目标探测在海洋安全、海上救援、海洋生态保护和渔业发展等方面具有重要意义。在这项工作中,将基于频率分集的相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统与悬浮布设的声敏缆相结合,检测和分析了多类型目标的水声信号。创新性地引入了时空二维Kalman算法,充分利用Φ-OTDR探测数据的时间域和空间域的二维连续性,突破了相位卷绕特性对动态范围与系统重复频率的限制,确保了多类型目标信息的高保真探测。进一步地,通过非消声水池实验验证了时空二维Kalman算法的可行性,并分析了遥控潜水器(ROV)、仿生鱼和模拟潜水员等多类型目标的频谱特性。实验结果表明,ROV为连续信号,频率范围为200~1700 Hz,频谱图中存在等频率间隔排列(24 Hz)的线谱;仿生鱼的信号间隔为0.5 s,对应仿生鱼的鱼尾摆动周期,频率范围为1500~1700 Hz;模拟潜水员信号间隔为0.25 s,对应氧气瓶气泡喷吐周期,频率范围为150~400 Hz。该技术为多类型水声目标探测和鉴别提供了重要技术手段,有望推动水下目标探测与海洋监测的发展,拓展Φ-OTDR的应用领域。 展开更多

关键词 相位敏感光时域反射计 水下多类型目标探测 时空二维Kalma n算法 相位卷绕特性

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分布式光纤声波传感技术研究进展 被引量：38

2

作者 蔡海文 叶青 +2 位作者 王照勇 卢斌 曹玉龙 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期41-58,共18页

分布式光纤声波传感技术可以实现动态应变的长距离、分布式、实时定量检测,在重要场所和重大基础设施的安防监测、大型结构的健康监测、油气资源勘探等领域有广阔的应用前景.该文在对分布式光纤声波传感技术的发展历程和研究进展进行回... 分布式光纤声波传感技术可以实现动态应变的长距离、分布式、实时定量检测,在重要场所和重大基础设施的安防监测、大型结构的健康监测、油气资源勘探等领域有广阔的应用前景.该文在对分布式光纤声波传感技术的发展历程和研究进展进行回顾和评述的基础上,重点介绍其课题组在基于相位敏感光时域反射仪的分布式光纤声波传感技术取得的研究进展,包括信号的高保真获取、参数指标提升和工程应用研究3个方面. 展开更多

关键词 光纤传感 分布式声波传感 相位敏感光时域反射计:瑞利散射

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基于光纤光栅技术的新型光子器件及其在动态可配置波分复用光网络中的应用 被引量：2

3

作者 蔡海文 陈刚 +4 位作者 耿健新 董作人 瞿荣辉 陈高庭 方祖捷 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2002年第10期16-22,共7页

报道了光纤光栅外腔激光器、基于可调谐光纤光栅的动态可配置分插复用器(OADM )和全光波长转换器等在全光通信网中有应用潜力的新型光子学器件的实验结果 ,演示了这些器件的功能 ,基于这些器件建立了 4路符合ITU T波长标准 ,间隔为1 6n... 报道了光纤光栅外腔激光器、基于可调谐光纤光栅的动态可配置分插复用器(OADM )和全光波长转换器等在全光通信网中有应用潜力的新型光子学器件的实验结果 ,演示了这些器件的功能 ,基于这些器件建立了 4路符合ITU T波长标准 ,间隔为1 6nm的具有动态波长路由、全光波长转换及光信号实时监控功能的密集波分复用光网络演示系统。 展开更多

关键词 光子器件 光纤光栅 光纤光栅外腔激光器 光纤通信 波分复用光网络 全光交换

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铝槽封装光纤光栅传感器的增敏特性研究 被引量：35

4

作者 詹亚歌 蔡海文 +3 位作者 耿建新 瞿荣辉 向世清 王向朝 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期952-955,共4页

提出了一种光纤布喇格光栅的铝槽封装工艺 ,并对铝槽封装光纤光栅传感器的应变与温度传感特性进行了实验研究和理论分析 与裸光纤光栅的测试结果比较表明 ,铝槽封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏性 ,但是温度灵敏度系数提高了 ... 提出了一种光纤布喇格光栅的铝槽封装工艺 ,并对铝槽封装光纤光栅传感器的应变与温度传感特性进行了实验研究和理论分析 与裸光纤光栅的测试结果比较表明 ,铝槽封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏性 ,但是温度灵敏度系数提高了 3 5倍 经过该工艺封装的光纤光栅可以探测识别 0 .2 με的应变与 0 .0 展开更多

关键词 传感器 光纤光栅 应变传感 温度传感

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光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性方程 被引量：13

5

作者 吴永红 邵长江 +2 位作者 屈文俊 周巍 蔡海文 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1946-1951,共6页

基于光纤光栅应变传感的基本原理以及弹塑性力学的基本理论,考虑环境-封装基体-粘接层(或涂层)-纤芯之间的轴向和径向弹塑性力学耦合机制,建立了光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性方程。传感器样本光-力转换的计算与测试结果,均显示... 基于光纤光栅应变传感的基本原理以及弹塑性力学的基本理论,考虑环境-封装基体-粘接层(或涂层)-纤芯之间的轴向和径向弹塑性力学耦合机制,建立了光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性方程。传感器样本光-力转换的计算与测试结果,均显示出非线性特征,且两者基本一致。所得结果还显示,粘接层的厚度变薄,在提高传感器光-力转换效率的同时,还会使出现光-力转换非线性效应的临界应变前移,因而扩大出现非线性效应的应变范围。据此,实际的传感器设计时,除考虑采用高模量的粘接材料外,还可利用光-力转换的非线性方程,通过粘接层厚度的调整,对传感器的灵敏性和光-力转换的特征进行均衡优化。 展开更多

关键词 光纤光学 固体力学 光纤光栅 应变传感 光-力转换 非线性方程

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混凝土高坝裂缝光纤分布式监测能力的研究 被引量：8

6

作者 吴永红 苏怀智 +2 位作者 徐洪钟 高培伟 蔡海文 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期722-725,共4页

基于单点裂缝模型试验结果分析,提出了一种利用瑞利散射的工程结构裂缝光纤监测复用能力的方法,得到水工混凝土裂缝光纤监测两种典型方案的裂缝复用能力,结合三峡工程泄洪坝段上游面出现的裂缝,进行了光纤裂缝传感复用能力的工程适用性... 基于单点裂缝模型试验结果分析,提出了一种利用瑞利散射的工程结构裂缝光纤监测复用能力的方法,得到水工混凝土裂缝光纤监测两种典型方案的裂缝复用能力,结合三峡工程泄洪坝段上游面出现的裂缝,进行了光纤裂缝传感复用能力的工程适用性分析,进一步揭示工程裂缝光纤分布式监测能力研究的意义. 展开更多

关键词 光纤传感 裂缝监测 瑞利散射 复用能力 大坝安全 三峡工程

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全光纤调Q掺铒光纤激光器的脉冲研究 被引量：6

7

作者 夏江珍 蔡海文 +4 位作者 任虹 瞿荣辉 陈高庭 方祖捷 KIM Insoo S 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第8期989-992,共4页

报道一种全光纤调Q掺铒光纤激光器 ,在其结构中采用带有光纤光栅的光纤环形镜作为调Q装置 此调Q方案同时具有对腔内损耗进行调制和对激光输出波长选择的功能 理论上分析了不同臂长差时的脉冲出现情况 ,与实验基本相符

关键词 掺铒光纤激光器 脉冲 光纤激光器 臂长差 光纤光栅 光纤环形镜 调Q激光器

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混凝土高拱坝裂缝光纤监测网络构型的优化 被引量：9

8

作者 吴永红 徐洪钟 +1 位作者 高培伟 蔡海文 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2006年第6期37-39,84,共4页

提出基于瑞利散射的混凝土高拱坝裂缝分布式光纤监测网络优化的目标及技术路线;针对基于瑞利散射的光纤监测网络构型的优化,进行了正交失效混凝土模型试验,发现在光纤与裂缝面交角成60°时,在大坝安全监控缝宽控制范围内光纤最小裂... 提出基于瑞利散射的混凝土高拱坝裂缝分布式光纤监测网络优化的目标及技术路线;针对基于瑞利散射的光纤监测网络构型的优化,进行了正交失效混凝土模型试验,发现在光纤与裂缝面交角成60°时,在大坝安全监控缝宽控制范围内光纤最小裂缝分辨率仅达到我国水利技术标准规定的1/6;指出要满足大坝裂缝监测灵敏性的要求,对于基于瑞利散射的光纤裂缝传感,应将光纤布置在与预期的裂缝面成交角小于60°的范围内。基于此,结合小湾拱坝裂缝光纤监测研究,初步提出高拱坝裂缝光纤监测网络优化的构型。 展开更多

关键词 大坝安全 光纤传感 裂缝监测 瑞利散射 网络构型优化 正交失效

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平面弯曲波导耦合器的特性分析 被引量：6

9

作者 韩秀友 庞拂飞 +2 位作者 蔡海文 瞿荣辉 方祖捷 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期1629-1632,共4页

根据耦合模理论和弯曲波导耦合器的结构特点,对平面弯曲波导耦合器的特性进行了分析,结果表明弯曲波导耦合器的弯曲半径和最小间距两个可调变量,增加了波导器件设计的灵活性;同时由于等效耦合长度的调制作用使得弯曲波导耦合器在波分复... 根据耦合模理论和弯曲波导耦合器的结构特点,对平面弯曲波导耦合器的特性进行了分析,结果表明弯曲波导耦合器的弯曲半径和最小间距两个可调变量,增加了波导器件设计的灵活性;同时由于等效耦合长度的调制作用使得弯曲波导耦合器在波分复用/解复用中比平行直波导耦合器具有更大的复用带宽;分析了弯曲半径和最小间距对弯曲波导耦合器复用带宽的影响,为实际波导器件的设计制作提供了一定的理论依据. 展开更多

关键词 集成光学 波导耦合器 弯曲波导 等效耦合长度 波分复用

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跑道形玻璃波导谐振腔滤波器的研制(英文) 被引量：8

10

作者 韩秀友 庞拂飞 +3 位作者 耿建新 蔡海文 瞿荣辉 方祖捷 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1475-1477,共3页

采用Ag+-Na+离子工艺,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器.测试得到该滤波器自由光谱范围为FSR=0.177nm,对比对为Cr=7.5dB.同时分析得到耦合器的耦合系数为κ=0.916,耦合器和环形腔的损耗因子分别为δ=0.55,γ=0.48.耦合器的两波... 采用Ag+-Na+离子工艺,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器.测试得到该滤波器自由光谱范围为FSR=0.177nm,对比对为Cr=7.5dB.同时分析得到耦合器的耦合系数为κ=0.916,耦合器和环形腔的损耗因子分别为δ=0.55,γ=0.48.耦合器的两波导几乎相连、条波导边缘不规则和一次离子交换波导表面缺陷是造成该波导滤波器具有较大损耗的主要原因.通过改进工艺技术降低波导损耗,该滤波器可以用于光通信、传感等领域,也可与其它波导结构相结合实现新的功能. 展开更多

关键词 集成光学 波导谐振腔 离子交换

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动态色散补偿技术的研究进展 被引量：7

11

作者 李琳 蔡海文 +2 位作者 赵岭 方祖捷 陈高庭 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期194-197,共4页

概述了光通信网中动态色散补偿技术。对常见的几种动态色散补偿技术的机制。

关键词 色散补偿 光纤光栅 虚像位相阵列

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光纤光栅水位传感器的理论模拟与实验研究 被引量：5

12

作者 吴永红 屈文俊 +2 位作者 邵长江 周巍 蔡海文 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1651-1653,共3页

研制了一种光纤光栅水位传感器.采用三维有限单元法,对传感器的结构型式进行优化分析,得到水位与光纤光栅中心反射波长之间光-力转换的线性关系;制作了传感器模型,对模型的光-力转换关系进行了测试,实验结果与理论结果基本一致.该传感... 研制了一种光纤光栅水位传感器.采用三维有限单元法,对传感器的结构型式进行优化分析,得到水位与光纤光栅中心反射波长之间光-力转换的线性关系;制作了传感器模型,对模型的光-力转换关系进行了测试,实验结果与理论结果基本一致.该传感器经多次改进,通过试用,可用于工程检测. 展开更多

关键词 光纤传感 光纤光栅 水位传感器

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掺铒磷酸盐玻璃离子交换波导表面保护的研究 被引量：4

13

作者 韩秀友 初凤红 +2 位作者 蔡海文 方祖捷 赵明山 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期238-241,共4页

对离子交换波导制备过程中掺铒磷酸盐玻璃表面的侵蚀问题进行了研究,分析了产生侵蚀的原因,提出镀K9玻璃薄膜的方法,对掺铒磷酸盐玻璃表面进行保护.采用光学显微镜和原子力显微镜对波导表面特性进行了表征,同时对平板波导的光学特性进... 对离子交换波导制备过程中掺铒磷酸盐玻璃表面的侵蚀问题进行了研究,分析了产生侵蚀的原因,提出镀K9玻璃薄膜的方法,对掺铒磷酸盐玻璃表面进行保护.采用光学显微镜和原子力显微镜对波导表面特性进行了表征,同时对平板波导的光学特性进行了测试.研究表明K9玻璃薄膜不仅能够对掺铒磷酸盐玻璃起到保护作用,同时允许交换离子透过进入磷酸盐玻璃形成波导层. 展开更多

关键词 掺铒磷酸盐玻璃 离子交换 表面侵蚀 K9玻璃薄膜

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低损耗有机无机混合溶胶凝胶波导的实验研究 被引量：6

14

作者 庞拂飞 韩秀友 +1 位作者 蔡海文 方祖捷 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期509-512,共4页

利用有机无机混合的溶胶凝胶方法在硅基底上制备波导薄膜·采用正硅酸四乙酯和苯基三乙氧基硅烷作为反应先驱物,利用旋涂的方法成膜,对其折射率,传输损耗以及条形波导的光刻、刻蚀特性进行了研究·测量了波导薄膜折射率随成分... 利用有机无机混合的溶胶凝胶方法在硅基底上制备波导薄膜·采用正硅酸四乙酯和苯基三乙氧基硅烷作为反应先驱物,利用旋涂的方法成膜,对其折射率,传输损耗以及条形波导的光刻、刻蚀特性进行了研究·测量了波导薄膜折射率随成分变化的关系·实验表明,该方法工艺简单,可以获得具有较低损耗的波导薄膜·测试得到632.8nm波段的损耗系数为0.23dB/cm·采用ICP刻蚀工艺获得了较为平整的条形波导· 展开更多

关键词 溶胶-凝胶法 有机-无机混合波导 ICP

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高稳定度窄线宽激光器的研究 被引量：15

15

作者 瞿荣辉 蔡海文 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期1033-1038,共6页

介绍了3种不同类型的高稳定度窄线宽激光器的研究进展。基于Littman结构和饱和吸收光谱稳频技术,研制了稳频外腔半导体激光器系统,输出波长为780.2nm,频率稳定度1MHz,不失锁时间大于12h。利用边带稳频技术将分布反馈(DFB)激光器的输出... 介绍了3种不同类型的高稳定度窄线宽激光器的研究进展。基于Littman结构和饱和吸收光谱稳频技术,研制了稳频外腔半导体激光器系统,输出波长为780.2nm,频率稳定度1MHz,不失锁时间大于12h。利用边带稳频技术将分布反馈(DFB)激光器的输出波长稳定在Cs原子的吸收谱线的边带处,引入数字信号处理器(DSP)全数字稳频控制技术,实现了自动找频和稳频,获得波长为852.3nm的稳频激光输出,24h内频率漂移为±2MHz。利用国产磷酸盐玻璃光纤作为增益介质,实现了一台高功率单纵模光纤激光器,制作的厘米级激光器实现了最大输出功率100mW,利用外部光反馈实现单偏振运转,测得输出线宽为2kHz,偏振消光比优于35dB。 展开更多

关键词 窄线宽激光器 半导体激光器 光纤激光器 稳频

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大坝裂缝方位对光纤裂缝传感器灵敏性的影响 被引量：3

16

作者 吴永红 高培伟 蔡海文 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第3期258-260,共3页

基于混凝土模型试验,对大坝裂缝方位的随机性对基于瑞利散射的光纤裂缝传感灵敏性的影响进行了定量分析,得到了传感光纤在大坝安全监控缝宽控制范围内,与裂缝夹角为20°、30°、45°、60°时的光纤灵敏性与裂缝宽度关... 基于混凝土模型试验,对大坝裂缝方位的随机性对基于瑞利散射的光纤裂缝传感灵敏性的影响进行了定量分析,得到了传感光纤在大坝安全监控缝宽控制范围内,与裂缝夹角为20°、30°、45°、60°时的光纤灵敏性与裂缝宽度关系曲线。实验发现裂缝与光纤的方位角每增加15°,则光纤的灵敏性降低一半以上,这表明工程裂缝方位的随机性对光纤裂缝传感的灵敏性具有较大影响。对此影响的力学机理进行了分析,并提出相应的工程对策。 展开更多

关键词 光纤传感 裂缝监测 瑞利散射 大坝裂缝方位 随机性 灵敏性

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M-Z干涉仪调Q的光谱研究 被引量：1

17

作者 夏江珍 蔡海文 +2 位作者 瞿荣辉 陈高庭 方祖捷 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期15-17,共3页

光纤M-Z干涉仪是由两个3dB耦合器构成,将此干涉仪放到激光腔中通过调节其干涉状态就可以相应地调制激光腔的损耗,发挥Q开关的作用。从理论上模拟了M-Z干涉仪输出光强随相位差的改变而发生平移,并在实验中验证了这一特性,证明理论模拟的... 光纤M-Z干涉仪是由两个3dB耦合器构成,将此干涉仪放到激光腔中通过调节其干涉状态就可以相应地调制激光腔的损耗,发挥Q开关的作用。从理论上模拟了M-Z干涉仪输出光强随相位差的改变而发生平移,并在实验中验证了这一特性,证明理论模拟的特性与实验基本符合。 展开更多

关键词 光纤激光器 Q开关 马赫-曾德尔干涉仪(M-Z干涉仪) 光谱

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光纤光栅环形镜的全光纤调Q掺铒光纤激光器

18

作者 夏江珍 蔡海文 +4 位作者 任虹 瞿荣辉 陈高庭 方祖捷 Insoo S.KIM 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期11-15,共5页

报道一种新型全光纤调Q掺铒光纤激光器,在其结构中采用带有光纤光栅的光纤环形镜作 为调Q装置。此调Q方案同时提供了腔内损耗调制和对激光输出波长选择的功能。与声光、电光等调Q相比,其输出脉冲比较宽。但此全光纤Q开关装置与光纤熔接... 报道一种新型全光纤调Q掺铒光纤激光器,在其结构中采用带有光纤光栅的光纤环形镜作 为调Q装置。此调Q方案同时提供了腔内损耗调制和对激光输出波长选择的功能。与声光、电光等调Q相比,其输出脉冲比较宽。但此全光纤Q开关装置与光纤熔接损耗小,从而克服了体光学调制器与光纤对接时插入损耗高的特点。 展开更多

关键词 光纤激光器 Q开关 调Q装置 光纤光栅环形镜 掺饵光纤激光器

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采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术

19

作者 魏芳 孙延光 +3 位作者 陈迪俊 方祖捷 蔡海文 瞿荣辉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期885-889,共5页

提出了一种基于相位差偏置萨尼亚克环的新型外腔半导体激光(ECDL)无调制稳频方法,采用偏振分束器(PBS)作为萨尼亚克环的输入及输出端,并利用1/4波片在环内沿相反方向传播的偏振方向互相垂直的两束光之间引入π/2的相位差(△δ),萨尼亚... 提出了一种基于相位差偏置萨尼亚克环的新型外腔半导体激光(ECDL)无调制稳频方法,采用偏振分束器(PBS)作为萨尼亚克环的输入及输出端,并利用1/4波片在环内沿相反方向传播的偏振方向互相垂直的两束光之间引入π/2的相位差(△δ),萨尼亚克环的输出光经过起偏器可以分解得到由Rb的饱和吸收峰引起的色散相移,通过这种方法可以得到适合稳频的误差信号。相比现有的利用全内反射引入相位差(sin△δ=0.64)的方法,色散信号放大系数sin△δ的值可达到理论最大值,有效地提高了误差信号的强度,这种方法简单、稳健,且在原子物理实验等方面具有潜在应用。 展开更多

关键词 激光稳频 外腔半导体激光器 原子分子物理学 萨尼亚克环

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双锥形塑料光纤溶解氧浓度的测定

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作者 初凤红 杨俊杰 +2 位作者 蔡海文 瞿荣辉 方祖捷 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期84-87,共4页

本文利用荧光标记物的荧光猝灭效应测量水中溶解氧浓度。以塑料光纤作为传感和传光元件,为了提高溶解氧传感的灵敏度,传感头制成双锥形。以邻菲咯啉钌作为荧光标记物,用溶胶-凝胶法制备含有荧光标记物的敏感材料。根据Stern-Volmer方程... 本文利用荧光标记物的荧光猝灭效应测量水中溶解氧浓度。以塑料光纤作为传感和传光元件,为了提高溶解氧传感的灵敏度,传感头制成双锥形。以邻菲咯啉钌作为荧光标记物,用溶胶-凝胶法制备含有荧光标记物的敏感材料。根据Stern-Volmer方程,通过测量荧光标记物的荧光强度来测定溶解氧的浓度。文中提出了一个模型来解释荧光强度与溶解氧浓度之间的亚线性关系。通过对所测得的曲线进行拟合,可以得出敏感膜约有85%的厚度不受氧漂白的作用。 展开更多

关键词 溶解氧传感 塑料光纤 荧光强度 敏感材料

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