光纖表面階梯型金屬敏感膜的制備及其性能研究.pdf

1、近年來，光纖傳感器作為一種新型的傳感器，因其具有徑細(xì)、質(zhì)輕、抗電磁干擾強、集信息傳輸與傳感于一體、易集成至難以接近的待測區(qū)域等優(yōu)點，在腐蝕監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中基于Fe-C敏感膜光纖傳感器由于操作簡單，不需要復(fù)雜設(shè)備而在混凝土鋼筋監(jiān)測中受到廣泛關(guān)注，但在實際應(yīng)用方面還存在一些不足。為提高Fe-C敏感膜光纖傳感器的性能，推動其在實際工程中的應(yīng)用，本文提出并研究了一種新型階梯型Fe-C敏感膜光纖傳感器，能顯著提高傳感器的靈敏性、擴(kuò)展傳感器的

2、監(jiān)測范圍。
　　通過探索優(yōu)化制備工藝參數(shù)，利用磁控濺射與電鍍相結(jié)合的方法在光纖上制備了Fe-C敏感膜，并在此基礎(chǔ)上利用絕緣電鍍法制備了階梯型Fe-C敏感膜光纖傳感器。利用掃描電鏡、能譜分析、X射線衍射等方法分析了膜層的表面形貌、元素分布、晶體結(jié)構(gòu)等參數(shù)。分析結(jié)果表明，在纖芯上獲得了膜層致密均勻，質(zhì)量較好，為立方體晶體結(jié)構(gòu)的Fe-C敏感膜。
　　通過對不同厚度的Fe-C敏感膜在腐蝕溶液中傳感規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膜層厚度較小時，在腐

3、蝕初期就會出現(xiàn)光功率增大的現(xiàn)象，但光功率達(dá)到最大值所用的時間較短。隨著膜層厚度增加，當(dāng)膜層厚度較大時，腐蝕初期光功率基本不變，在腐蝕末期會出現(xiàn)增大的現(xiàn)象，光功率達(dá)到最大值所用的時間比較長。而階梯型Fe-C敏感膜在腐蝕初期就會出現(xiàn)光功率增大的現(xiàn)象，同時輸出光功率達(dá)到最大值的時間也大大延長。階梯型Fe-C敏感膜既具有薄層敏感膜的靈敏性，又具有厚層敏感膜監(jiān)測范圍寬的特性，能顯著提高Fe-C敏感膜光纖傳感器的性能。
　　研究了Fe-C敏感

4、膜在腐蝕過程中的表面形貌變化。腐蝕開始時由于腐蝕反應(yīng)使得敏感膜表面變得粗糙，可能會導(dǎo)致金屬敏感膜反光能力減弱吸光能力增強，輸出光功率略有下降。隨著Fe-C敏感膜被腐蝕厚度逐漸減小，纖芯周圍形成低折射率界面，滿足全反射輸出光功率迅速增加。
　　在混凝土模擬孔溶液中研究了Cl-對Fe-C敏感膜的腐蝕行為，結(jié)果表明隨著Cl-濃度的增加，F(xiàn)e-C敏感膜的腐蝕電位Ecorr和Rp變化趨勢與鋼筋相似，能夠模擬鋼筋的腐蝕狀態(tài)。研究了Fe-C敏感

5、膜在Cl-溶液中的腐蝕傳感規(guī)律，結(jié)果表明在腐蝕過程中Fe-C敏感膜的腐蝕傳感規(guī)律不明顯，腐蝕前后輸出光功率增大的數(shù)值較小，但總體趨勢是增加的。要實現(xiàn)在實際中的應(yīng)用，還需進(jìn)一步研究探索Fe-C敏感膜在Cl-溶液中的可靠傳感規(guī)律。
　　構(gòu)建了分布式Fe-C敏感膜光纖腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，并初步研究了Fe-C敏感膜分布式監(jiān)測的傳感規(guī)律。通過研究發(fā)現(xiàn)，在腐蝕過程中由Fe-C敏感膜引起的光功率損耗會逐漸減小，可以通過光功率的損耗變化獲取該點的腐蝕信