海洋环境下新型光纤传感器关键问题研究
批准号:
U2006216
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
279.0 万元
负责人:
张红霞
依托单位:
学科分类:
水下信息感知与处理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张红霞
中文摘要
海洋观测已进入高时空分辨率立体观测阶段,特别是对海洋物理、化学要素的高分辨率原位观测,是世界科技发展前沿和国家重大需求。光纤传感具有本征绝缘、耐腐蚀、易复用组网等优点,更适于海洋环境,但还存在单传感器精度、范围和稳定性受限、原位监测难,多传感器海洋影响机理不清等问题。针对上述瓶颈,本项目拟系统开展海洋新型光纤传感器关键问题研究,研制适应于海洋环境的新型光纤温度、压力、溶解氧和pH传感器。探索光纤微腔干涉温度和压力传感机理,揭示海洋环境微腔干涉光场耦合规律;探索基于光纤端面修饰的荧光光纤溶解氧和pH传感机制,揭示海洋环境化学传感器敏感膜传感增强和调控规律;探索海洋环境多传感参数补偿机制,建立环境参数干扰补偿算法;探索海洋光纤传感器网络构建方法,进行光纤传感器海洋适应性试验。项目的研究对海洋环境立体观测的发展具有重要的意义,有望构建基于光纤传感器的精细化、高时空分辨率的“透明海洋”观测网。
英文摘要
Ocean observation has entered the stage of high spatial-temporal resolution stereo observation, especially the high-resolution in-situ observation of ocean physical and chemical elements, which is the frontier of world scientific and technological development and a major national demand. Optical fiber sensing has the advantages of intrinsic insulation, corrosion resistance and easy networking. It is more suitable for ocean environments. However, there are still some problems such as single sensor accuracy, range, and stability limitations, difficult in-situ monitoring, and unclear multi-sensor ocean impact mechanism. In view of the above bottleneck, this project intends to systematically carry out basic research on new ocean optical fiber sensors. The aim of the project is to achieve new ocean sensors of temperature, pressure, dissolved oxygen and pH value. The multi-parameter sensing mechanism of optical fiber micro-cavity temperature and pressure sensors will be explored and the coupling mechanism of the optical field in the marine environment will be revealed. The fluorescence fiber dissolved oxygen and pH sensing mechanism based on fiber end modification will be explored and the signal enhancement and regulation of the sensing membrane will be revealed. The compensation mechanism for marine parameters will be explored and the corresponding compensation algorithm will be established. The ocean optical fiber sensor network will be studied. The new four types of optical fiber sensors will be tested in ocean. The research of the project is of great significance for promoting the development of marine environmental stereoscopic observation. It is expected to build a transparent ocean network based on the refined, high-spatial-temporal resolution of the optical fiber sensors.
面向海洋环境新型光纤传感器研究需求,本项目揭示了光纤微腔干涉光场耦合规律,研制了海洋光纤系列高温、高精度温度、压力和盐度传感器。提出了基于光纤端面修饰的光纤荧光溶解氧和pH传感方法,揭示了光纤敏感膜传感增强和调控规律,研制了海洋系列光纤pH和溶解氧传感器。开展了复杂海洋条件下环境因子干扰补偿校准算法研究,建立了一种适用于溶解氧传感器的实验室校准方法和装置并开展了试验验证,形成了溶解氧传感器温度、盐度、环境压力补偿校准模型。建立了海洋污染源的三维扩散模型,提出了基于光纤传感网的海洋污染源的加权定位算法。研制了海洋多参量光纤传感系统,在青岛海洋岸边站完成了海洋现场测试。.研制了海洋多参量光纤传感器,其中蓝宝石光纤法珀温度传感器,实现1080 ℃高温,0.22 ℃分辨率。基于光微流和腔光力学级联增敏的光纤微腔温度传感器,温度分辨率为4.9×10-4 ℃。压力传感器测量范围为2MPa~120MPa,满量程测量误差低于0.079%F.S. 。双法珀结构温度自补偿盐度传感器,测量范围5∼40%₀,分辨率0.0138%₀。溶解氧传感器测量范围0 mg/L~20.05 mg/L,满量程误差为4.17% F.S.。量子点修饰光纤pH传感器测量范围为0.10~13.99,分辨率0.05 pH,传感器已用于在青岛市灵山湾海域西海岸国家级海洋牧场示范区观测网建设和青岛浒苔监测。.发表了31篇SCI检索论文,授权8项中国发明专利、申请13项发明专利,其中美国发明专利1项,出版中英文学术专著各1本。获省部级奖励共9项,其中负责人以第一完成人获天津市科技进步一等奖,举办国际学术会议2次,行业标准立项1项。负责人获英才教授称号,团队2人获泰山学者青年专家称号。培养研究生22名,其中博士研究生7名,硕士研究生15名。研究成果已进行了转化,总知识产权转化额度为1679万元,成立了3家公司,运行良好
冰晶粒子形状测量的理论和实验研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:张红霞
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依托单位:
基于变焦透镜的光片显微三维成像研究
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批准号:61675153
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张红霞
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依托单位:
干涉法测量云粒子谱分布的理论和实验研究
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批准号:41275146
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张红霞
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依托单位:
基于白光频域干涉的高偏振消光比检测理论和实验研究
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批准号:61205085
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张红霞
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依托单位:
国内基金
海外基金