推广 热搜: 电镀  镀镍  硫酸铜  时间   

Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的腐蚀实验及传感特性研究

   日期:2019-12-23     来源:互联网    作者:admin    浏览:14    评论:0    
核心提示:Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的腐蚀实验及传感特性研究蔡李花,李 威,谭 磊,李 彬(1.中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州 221008;

Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的腐蚀实验及传感特性研究

蔡李花,李 威,谭 磊,李 彬

(1.中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州 221008;2.天地自动化股份有限公司,江苏常州 213015)

摘要:为了监测钢筋或各种埋地管线的腐蚀情况,提出了基于金属腐蚀敏感膜的光纤腐蚀传感器。介绍了Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的原理。为了寻找其传感规律,用同一浓度的腐蚀溶液对不同厚度的金属膜进行腐蚀。以金属膜被腐蚀掉的百分比作为横坐标来记录光输出功率的变化。通过对实验数据的分析,基本找到了电镀获得的Fe-C合金膜在腐蚀溶液中的腐蚀规律。

关键词:光纤腐蚀传感器;Fe-C合金膜;腐蚀实验;光功率;传感规律

0 引言

近年来,随着光纤传感技术的不断发展,对用于监测金属腐蚀状况的光纤传感技术的研究也不断深入,涌现出了各种各样的光纤腐蚀传感器的研究方案。基于在光纤纤芯上制备F-C合金敏感膜的光纤腐蚀传感器便是其中一种,以此来监测钢筋或各种埋地管线的腐蚀情况。许多学者已经对这种传感器进行了大量的研究,得到一些初步的传感性能。但之后对镀膜光纤进行的腐蚀实验,目前的实验进行得不够深入,实验设计思路也比较单一,所以一直没能找到传感器很准确的传感规律。为此,文中通过对镀有不同厚度金属膜的光纤进行实验,以此更加全面、可靠地找出传感器的传感规律。

1 Fe-C合金膜光纤腐蚀传感原理

利用光纤纤芯上Fe-C合金敏感膜层受到腐蚀时能对光纤纤芯内传导的光信号产生影响的特性,通过实时测量输出光信号的改变即可获取钢铁材料腐蚀信息。其传感原理如下:根据光波导原理,当入射光在2种介质交界面的入射角θ满足全反射条件时,光束将在界面处发生全反射现象。即

式中:θc为光波在界面的临界角;n1、n2为2种介质的折射率。将此光波导理论应用到光纤腐蚀传感器上:将光纤的某一区域用与结构钢筋材料相同的Fe-C合金层代替包层作为传感区域,该传感区域处将变为金属波导,因为Fe-C合金层的吸收使光纤内传输的光能在该区域损耗较大,导致出射光的能量下降。若该Fe-C合金层被腐蚀掉以后,该传感区域变为以腐蚀介质为包层的一种新波导环境,光束在此传感区域又可满足全反射条件,使输出光能量大幅度上升。通过实时测量输出光信号能量的变化即可获取被测结构材料腐蚀的信息。其结构如图1所示。

2 腐蚀实验方案设计

传感器制作好之后,必须通过腐蚀实验找出其传感性能。腐蚀实验原理非常简单,即把镀好Fe-C合金膜的光纤放入某种腐蚀介质中,观察随着膜层的逐渐腐蚀,纤芯内传输的光的各参数会发生什么样的变化。腐蚀实验示意图如图2所示。如果能找出Fe-C合金膜腐蚀程度与光波参数变化之间准确的对应关系,那么就能根据检测光波的参数变化来判断腐蚀的发生程度。

根据之前学者的研究,对于光波的各种参数,似乎只有检测光输出功率的变化有可行的意义,而对其他如偏振态、频率、相位等参数的检测,则没有多大意义。因为2个稍微不同的膜层、一个膜层稍微的变化都可能使这几种参数发生某种变化,存在一定的随机性,因此检测这些参数很难对膜层的腐蚀情况做出任何判断。而膜层变化对输出光功率的影响是显而易见的,光功率基本上会随着腐蚀的进行逐渐增大。文中的腐蚀实验以检测输出光功率的变化为主,通过大量实验来找出传感器准确的传感特性。

由于腐蚀速度的不同,造成以时间为横坐标来记录光功率的变化没有意义。那么可以以金属膜被腐蚀掉的百分比作为横坐标来记录光输出功率的变化,这样就不会受到腐蚀速度快慢的影响。因为腐蚀得不管是快还是慢,都要经历一个从完全没发生腐蚀到全部腐蚀完的过程(假设除了腐蚀所花费时间这一方面,腐蚀速度的不同在其他方面不会造成太大的腐蚀差异)。可知:当10%的Fe-C合金膜被腐蚀掉后光功率有什么变化,当50%Fe-C合金膜被腐蚀掉后光功率又有什么变化等。光功率的变化就和腐蚀的进展程度完全对应了起来。因此,文中的实验都是以Fe-C合金被腐蚀掉的百分比为横坐标记录光功率的变化。

«上一页 1 2 … 3 下一页»

 
打赏
 
更多>同类行业资讯
0相关评论

推荐图文
推荐行业资讯
点击排行
网站首页  |  关于我们  |  联系方式  |  使用协议  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报
Powered By DESTOON