【摘 要】
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紫外线是电磁波谱中波长为10-400 nm辐射的总称,广泛使用于杀菌消毒、高压设备漏电检测、军用紫外通信、导弹预警等领域。目前,在红外和激光技术之后,对紫外探测技术的研究已成为军民两用光电子领域的又一个研究热点。然而,目前市面上的紫外线强度测量设备采样频率低,测量精度差,且不能用于水下、强电磁场等复杂环境。因此,设计一种能够用于复杂环境下的高频率实时检测的光纤紫外传感器是十分必要的。本文设计出了一
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紫外线是电磁波谱中波长为10-400 nm辐射的总称,广泛使用于杀菌消毒、高压设备漏电检测、军用紫外通信、导弹预警等领域。目前,在红外和激光技术之后,对紫外探测技术的研究已成为军民两用光电子领域的又一个研究热点。然而,目前市面上的紫外线强度测量设备采样频率低,测量精度差,且不能用于水下、强电磁场等复杂环境。因此,设计一种能够用于复杂环境下的高频率实时检测的光纤紫外传感器是十分必要的。本文设计出了一种基于闪烁体的高采样频率光纤紫外辐照传感器。该型传感器基于闪烁体材料和塑料光纤不仅克服了传统紫外传感器不能用于水下、强电磁场等复杂环境的问题,而且具有线性响应好、采样频率高、温度系数小、结构简单、体积小、可弯曲的特点。本文搭建了一套测试传感器各项性能的测试系统,阐述了对传感器线性、重复性、温度响应、采样频率测试和信号采集的原理和具体实施步骤,说明了传感器响应的荧光量和紫外光功率密度两个物理单位之间的转化关系。在此基础上,研究了在308 nm紫外线激发下的五种常见的高能射线转换闪烁体材料的响应,选出了其中一种响应线性最好,响应强度最高的闪烁体材料作为敏感材料。基于这种敏感材料设计了侧窗式结构探针,并对其重复性、温度特性和采样频率进行了测试,与商用紫外辐照计做了线性响应对比测试。测试结果表明,侧窗式结构的光纤探针具有重复性好、温度系数小、采样频率高的特点,线性响应与商用传感器相当。之后,对传感器末端信号处理方法进行对比分析,证明了采用区域光谱积分方法的可行性,说明了将光电倍增管作为采集设备的可行性。为了实现阵列式紫外测量系统,在侧窗式探针的基础之上优化结构提出了一种端窗式结构探针,并为光纤传感器搭建出一套测量系统。端窗式探针继承了侧窗式探针的优点,而且更易于集合成阵列式探测器。其与光电倍增管搭建的采集设备组成的测量系统也具有响应线性好、采样频率高的优势,高的采样频率能够实时监测紫外强度的变化,效果好于市面同类测量设备。因此,本文所做的工作对于实时紫外辐照的测量提供了一种方法。
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