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溶液浓度是反映溶液性质的重要参数之一，在工业生产中通常需要对溶液浓度进行监控来保证产品质量。例如：在食品腌制行业中，需要实时测量盐或糖的浓度，以保证产品质量；在饮料生产过程中，也需要精确控制添加剂的含量和去除原材料中的有害物质。而在特殊环境下，有时溶液有毒，或测量者不能直接接触，或者测量环境是易燃、易爆或电磁干扰严重的场合，这些都使得溶液浓度传感成为难题。因此研制一种可在线测量、成本低、精度高且适用特殊环境下的光纤溶液浓度传感器已成为当务之急。
熔锥型光纤耦合器作为一种最基本的光无源器件，拥有以下独特的优势：熔锥型光纤耦合器是可直接作为传感元件的功能型光纤传感器；对多个物理量如温度、应力、波长、外部介质折射率等敏感；开发前景广阔、生产制作简单、成本低和适于批量生产；体积小、控制灵活和简单等。因此，对熔锥型光纤耦合器之传感特性的研究越来越引起人们的重视，发展前景极其广阔。
本文提出了一种基于2×2熔锥型光纤耦合器的溶液浓度光纤传感器方案。首先，从理论上分析了熔锥型光纤耦合器的传感机理。并在此基础上，进行了大量的实验研究工作。同时，针对该方案存在的不足，设计了补充实验，并总结出进一步的改进的措施及下一步的研究方向。相信本光纤传感方案的提出和理论及实验研究对光纤溶液传感器的发展以及熔锥型光纤耦合器在溶液传感领域的应用将起到积极的推动作用。本文主要包括以下三个部分：
第一部分，在查阅大量文献的基础上，总体介绍熔锥型光纤器件的发展现状和趋势，概述光耦合器的主要分类、拓扑结构和制作方法。接着在详细介绍近年来出现的不同种类的光纤溶液浓度传感器及其研究意义的基础上，提出了基于熔锥型光纤耦合器的溶液浓度光纤传感器。
第二部分，简要介绍光纤波导耦合模式理论，并针对其分析熔锥型光纤耦合器存在的缺点，在分析传感机理时，引入超模耦合理论，结合光纤熔融拉锥动态形状曲线，用MatLab计算软件，计算出耦合器输出分光可见度CV与溶液折射率n0的变化曲线。从理论上解决了利用熔锥型光纤耦合器实现溶液浓度传感测量的可行性。第三部分，建立基于2×2熔锥型光纤耦合器的溶液浓度传感测量实验系统。选用多个不同拉锥条件下的光纤耦合器分别进行实验。且实验中分别配置了不同浓度的甘油、蔗糖和重铬酸钾三种待测溶液，每个熔锥型光纤耦合器传感头选用两种溶液进行实验。实验结果表明：在一定溶液折射率范围内，光纤耦合器的输出分光可见度与溶液浓度存在单调的对应关系，理论和实验有较好的一致性，以此证实了熔锥型光纤耦合器应用于溶液浓度传感的可行性。
最后，本论文提出的基于熔锥型光纤耦合器的溶液浓度传感器，具有成本低、测量灵敏度高、测量精度高和可在线测量等优点，适用于许多特殊场合如强电磁干扰、高危行业等的远程溶液浓度监控。