CN117607100A - 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 - Google Patents
一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117607100A CN117607100A CN202410095051.0A CN202410095051A CN117607100A CN 117607100 A CN117607100 A CN 117607100A CN 202410095051 A CN202410095051 A CN 202410095051A CN 117607100 A CN117607100 A CN 117607100A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mode
- optical fiber
- azibs
- cladding
- secondary battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 64
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 15
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
- G01N2021/458—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods using interferential sensor, e.g. sensor fibre, possibly on optical waveguide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，包括从内向外依次为芯层、包层和涂覆层的单模光纤，单模光纤的一端为输入端并与光源连接，单模光纤的另一端为输出端，将单模光纤中部的涂覆层拨离并形成传感段，使传感段弯曲形成半圆形传感探头，当AZIBs二次电池内PH值变化时，导致高阶包层模式与基模模式之间有效折射率差的变化，并使单模光纤中传输光谱的波长偏移，光纤芯模和包层模之间的有效折射率差会发生变化，从而导致传输光谱中的波长偏移，因此，所提出的弯曲光纤传感器可以通过透射光谱的波长移来解调测量的物理量，光纤传感器结构检简单、成本低、易操作及稳定性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术，具体涉及一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法。
背景技术
AZIBs（水系锌离子电池）是一种新型的可充电电池技术，一种利用水作为电解质的二次电池，广泛应用于各种电子设备中，如便携式电子产品、电动交通、智能电网及可再生能源储能装置等。相比较传统的锂离子电池，AZIBs具有更高的安全性、更低的成本以及更好的环境友好性。因此，AZIBs被认为是下一代可持续能源存储技术的有力竞争者。
原位pH值是指在电池运行过程中，电池内部产生的pH值。pH值是衡量溶液酸碱程度的指标，其值越小，溶液越酸；值越大，溶液越碱。在电池中，原位pH值得变化会影响到电池的性能和寿命。原位pH值可以反映电解液中的酸碱物质的浓度，进而影响到电解液的稳定性。稳定的电解液有助于提高AZIBs的循环寿命。原位pH值对正负极材料的结构和性能产生影响，进而影响带电池的整体性能。例如，过高或者过低的pH值可能导致正负极材料表面形成不良的副产物，影响电池的容量和循环寿命。
光纤传感作为一种新兴技术，它具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可测参量多等优点；为了监测AZIBs二次电池的原位pH值的演变，故需将光纤传感技术应用到AZIBs管理装置系统中。
发明内容
针对现有技术中的需求，提供一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，目的在于通过光纤传感器实现对AZIBs二次电池内原位pH值的实时监测。
一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，包括从内向外依次为芯层、包层和涂覆层的单模光纤，单模光纤的一端为输入端并与光源连接，单模光纤的另一端为输出端，将单模光纤中部的涂覆层拨离并形成传感段，使传感段弯曲形成半圆形传感探头，传感探头内圈部分的包层和芯层呈压缩状态，传感探头外圈部分的包层和芯层呈拉伸状态，传感探头使光分成两部分，第一部分是在芯层中传播的基模模式，第二部分是在包层中不受芯层限制而泄漏到包层中的部分并激发高阶包层模式，基模模式与高阶包层模式的不同光路形成光程差，形成干涉；当光通过传感探头时，使高阶包层模式与基模模式重新耦合，并使高阶包层模式与基模模式相互干扰并保持在最大干涉模式，将该传感探头封装在AZIBs二次电池内，当AZIBs二次电池内PH值变化时，导致高阶包层模式与基模模式之间有效折射率差的变化，并使单模光纤中传输光谱的波长偏移，根据波长偏移量和AZIBs二次电池内部PH值的对应关系，实时监测AZIBs二次电池内部的PH值。
进一步为：，/>为电解液初始PH值，/>为传感探头的灵敏度，/>为波长偏移量，/>，/>为t时刻干涉角波长值，/>为干涉角初始波长值。
进一步为：芯层直径为8.2±0.7µm，包层直径为125±0.7µm，芯层和包层的有效折射率分别为1.451 和1.4447。仿真软件中设置的完美匹配层PML的厚度为145µm，传感探头的半径为3.5 ±0.1mm。
进一步为：传感探头横截面的折射率为：
式中为单模光纤为笔直状态时的折射率分布;p11和p12为硅材料的弹性光张量系数;单模光纤中心轴矢量距离为x;v是泊松比；r为半圆形传感探头的半径。
进一步为：将马赫-曾德尔干涉仪作为光源，其自由光谱范围表示为:
，其中，/>为芯层和包层之间的有效折射率差，/>为第i干涉条纹的波长。
进一步为：，其中，Leff为传感探头的有效干涉的长度。
进一步为：和/>分别为芯层和包层的有效折射率，即，，/>。
进一步为：等效弯曲半径表示为：
在包层和芯层为硅材质的情况下，，因此，传感探头的折射率分布定义为：
。
进一步为：马赫-曾德尔干涉仪的光的透射光谱强度表示为:
其中为透射光谱输出强度，/>和/>分别为基模模式和高阶包层模式下的传输强度，/>为基模模式和高阶包层模式之间的相位差；
式中,为光在自由空间中传输的波长。
本发明的有益效果：光纤芯模和包层模之间的有效折射率差会发生变化，从而导致传输光谱中的波长偏移。因此，所提出的弯曲光纤传感器可以通过透射光谱的波长移来解调测量的物理量，光纤传感器结构检简单、成本低、易操作及稳定性等优点。
附图说明
图1为本发明中传感探头的结构示意图；
图2为传感探头不同弯曲半径时模拟电场模分布(a) r = 5 mm； (b) r = 4.5mm；(c) r = 4 mm；(d) r = 3.5 mm；(e) r = 3 mm；(f) r = 2.5 mm；
图3为传感探头测试系统；
图4不同弯曲半径下传感探头的透射光谱信息。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本发明实施例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，包括从内向外依次为芯层、包层和涂覆层的单模光纤，单模光纤的一端为输入端并与光源连接，单模光纤的另一端为输出端，将单模光纤中部的涂覆层拨离并形成传感段，使传感段弯曲形成半圆形传感探头，传感探头内圈部分的包层和芯层呈压缩状态，传感探头外圈部分的包层和芯层呈拉伸状态，传感探头使光分成两部分，第一部分是在芯层中传播的基模模式，第二部分是在包层中不受芯层限制而泄漏到包层中的部分并激发高阶包层模式，基模模式与高阶包层模式的不同光路形成光程差，形成干涉；当光通过传感探头时，使高阶包层模式与基模模式重新耦合，并使高阶包层模式与基模模式相互干扰并保持在最大干涉模式，基模和高阶模式的不同模式形成光程差，形成干涉，最大干涉模式是指高阶包层模式与基模模式相互干扰时的干涉条纹最好，消光比最大，自由光谱区范围最宽；将该传感探头封装在AZIBs二次电池内，当AZIBs二次电池内PH值变化时，导致高阶包层模式与基模模式之间有效折射率差的变化，并使单模光纤中传输光谱的波长偏移，根据波长偏移量和AZIBs二次电池内部PH值的对应关系，实时监测AZIBs二次电池内部的PH值。
其中，波长偏移量和AZIBs二次电池内部PH值的对应关系可通过实验测试获得，为常规技术手段，AZIBs二次电池内部的PH值为，/>为电解液初始PH值，/>为传感探头的灵敏度，/>为波长偏移量，/>，/>为t时刻干涉角波长值，/>为干涉角初始波长值；
传感探头横截面的折射率为：
式中为单模光纤为笔直状态时的折射率分布;p11和p12为硅材料的弹性光张量系数;单模光纤中心轴矢量距离为x(向外为正，向内为负);v是泊松比；r为半圆形传感探头的半径；
将马赫-曾德尔干涉仪作为光源，其自由光谱范围表示为:
，其中，/>为芯层和包层之间的有效折射率差，/>为第i干涉条纹的波长。
，其中，Leff为传感探头的有效干涉的长度；
和/>分别为芯层和包层的有效折射率，即，/>，
。
等效弯曲半径表示为：
在包层和芯层为硅材质的情况下，，因此，传感探头的折射率分布定义为：
。
马赫-曾德尔干涉仪的光的透射光谱强度表示为:
其中，为透射光谱输出强度，/>和/>分别为基模模式和高阶包层模式下的传输强度，/>为基模模式和高阶包层模式之间的相位差；
式中为光在自由空间中传输的波长。
传感探头的芯层直径为8.2±0.7µm，包层直径为125±0.7µm，（涂层为235～250µm），芯层和包层的有效折射率分别为1.451 和1.4447。利用COMSOL Multiphysics软件波动光学中的电磁波频域模块，建立了二维轴对称模型，模拟不同弯曲半径下的电场模分布，在建模设计中，几何图形定义了圆形光纤芯周围的矩形区域。为了进行辐射模式的吸收，需要在矩形包层区域周围创建一个完美匹配层(PML)。模型设计参数设置为:传感探头的芯层/包层直径为8.2/125µm, 有效折射率分别为1.451 /1.4447，仿真软件中设置的完美匹配层PML的厚度为145µm，传感探头的半径为3.5 ±0.1mm，传感探头的半径与选择的光纤类型相关，不同的包层直径和芯层直径，进行弯曲时，形成最优干涉模式时的半径不同，传感探头的半径需要仿真和实验验证后得出。当入射波为1550 nm时，传感探头的半径分别为5mm、4.5 mm、4mm、3.5 mm、3mm和2.5 mm的弯曲光纤表面电场模式的仿真结果如图4所示，从图中可以看出，随着弯曲半径的减小，光纤芯在完美匹配层SMF中的基模能量逐渐泄漏到包层中，形成泄漏模(包层模)，激发泄漏模与芯模之间的相互作用，当传感探头的半径为3.5 mm时，包层模和芯模相互干涉最优，随着半径的进一步减小，越来越多的功率向径向辐射，甚至会引起光纤能量的大衰减，导致干扰减弱；由于模态分析仿真采用的是简化模型，因此需要通过实验确定合适的弯曲半径以获得最佳的干涉谱。
通过搭建传感探头测试系统对理论进行验证，如图3所示，传感探头测试系统由频谱分析仪(OSA, MS9740 a, Anritsu，分辨率为0.03，波长范围为1350-1750)，位移级和由半导体光放大器(SOA, KGSOA8052, Conquer，波长范围为1250-1650 nm)提供的宽带光源(BBS)组成。首先，使用光纤剥离钳剥离SMF一段中间区域的保护涂层，长度为2-3厘米。然后将光纤的两端插入长度为15mm，内径为0.5 mm的硅胶毛细管中。最后通过光纤夹将光纤和毛细管固定在位移台上，然后通过位移台上的反向旋转将光纤向后移动，形成弯曲的形状结构。同时实时观测OSA中的光谱信息，记录传感器在不同半径处的干扰谱。当达到合适的干扰谱时，将UV粘合剂滴入毛细管中，然后用UV灯照射30秒左右，使结构完全固化。如图4所示，与直光纤相比，当弯曲半径为5.5 mm时，谐振干扰很小，这意味着有少量的光耦合到包层模式中。随着弯曲半径的减小，更多的光泄漏到包层模式并耦合回来干扰核心模式。最大消光比为25.7dB，弯曲半径为3.5 mm，干涉性能最佳。随着弯曲半径的不断减小，由于更多的光能泄漏到包层中甚至流出包层，导致干扰减弱，因此功率损失更大。这些光谱结果与模拟结果和理论分析一致。由于半圆状纤维结构直径较小，在实验过程中容易断裂，不适合测量。因此，本发明采用弯曲直径为3.5 mm的半圆形光纤传感器，实时监测AZIBs中电解质pH值的变化。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，包括从内向外依次为芯层、包层和涂覆层的单模光纤，单模光纤的一端为输入端并与光源连接，单模光纤的另一端为输出端，其特征在于：将单模光纤中部的涂覆层拨离并形成传感段，使传感段弯曲形成半圆形传感探头，传感探头内圈部分的包层和芯层呈压缩状态，传感探头外圈部分的包层和芯层呈拉伸状态，传感探头使光分成两部分，第一部分是在芯层中传播的基模模式，第二部分是在包层中不受芯层限制而泄漏到包层中的部分并激发高阶包层模式，基模模式与高阶包层模式的不同光路形成光程差，形成干涉；当光通过传感探头时，使高阶包层模式与基模模式重新耦合，并使高阶包层模式与基模模式相互干扰并保持在最大干涉模式，将该传感探头封装在AZIBs二次电池内，当AZIBs二次电池内PH值变化时，导致高阶包层模式与基模模式之间有效折射率差的变化，并使单模光纤中传输光谱的波长偏移，根据波长偏移量和AZIBs二次电池内部PH值的对应关系，实时监测AZIBs二次电池内部的PH值。
2.根据权利要求1所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于： ，/>为电解液初始PH值，/>为传感探头的灵敏度，/>为波长偏移量，，/>为t时刻干涉角波长值，/>为干涉角初始波长值。
3.根据权利要求1所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：芯层直径为8.2±0.7µm，包层直径为125±0.7µm，芯层和包层的有效折射率分别为1.451 和1.4447，仿真软件中设置的完美匹配层PML的厚度为145µm，传感探头的半径为3.5±0.1mm。
4.根据权利要求1所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：传感探头横截面的折射率为：
；
式中为单模光纤为笔直状态时的折射率分布;p11和p12为硅材料的弹性光张量系数;单模光纤中心轴矢量距离为x;v是泊松比，r为半圆形传感探头的半径。
5.根据权利要求1所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：将马赫-曾德尔干涉仪作为光源，其自由光谱范围表示为：
，其中，/> 为芯层和包层之间的有效折射率差，/>为第i干涉条纹的波长。
6.根据权利要求5所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：，其中，Leff为传感探头的有效干涉的长度。
7.根据权利要求5所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：和 />分别为芯层和包层的有效折射率，即/>，，r为半圆形传感探头的半径。
8.根据权利要求7所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：等效弯曲半径表示为：
；
在包层和芯层为硅材质的情况下， ，因此，传感探头的折射率分布定义为：
。
9.根据权利要求8所述的监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法，其特征在于：马赫-曾德尔干涉仪的光的透射光谱强度表示为:；
其中为透射光谱输出强度， />和/>分别为基模模式和高阶包层模式下的传输强度， />为基模模式与高阶包层模式之间的相位差；
；
式中为光在自由空间中传输的波长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410095051.0A CN117607100B (zh) | 2024-01-24 | 2024-01-24 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410095051.0A CN117607100B (zh) | 2024-01-24 | 2024-01-24 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117607100A true CN117607100A (zh) | 2024-02-27 |
| CN117607100B CN117607100B (zh) | 2024-05-17 |
Family
ID=89958328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410095051.0A Active CN117607100B (zh) | 2024-01-24 | 2024-01-24 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117607100B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000089042A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバセンサとそれを用いた情報検出方法 |
| US20100080502A1 (en) * | 2007-03-09 | 2010-04-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical fiber sensor |
| CN103033489A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-10 | 中国计量学院 | 一种基于倾斜光纤光栅束腰放大熔接技术的pH值传感器 |
| US20150168216A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-18 | Macau University Of Science And Technology | Optical Fiber-Based Environmental Detection System and the Method Thereof |
| CN209147930U (zh) * | 2018-07-24 | 2019-07-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种高分辨率单模多模单模微位移光纤传感器 |
| CN111829986A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-27 | 华南师范大学 | 一种基于腐蚀光纤包层的马赫-曾德尔干涉湿度传感器 |
| CN212844995U (zh) * | 2020-07-31 | 2021-03-30 | 山西大学 | 一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器 |
| CN112833928A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 桂林电子科技大学 | 级联宏弯曲和交替单模-多模光纤结构温度折射率传感器 |
| CN112834458A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 桂林电子科技大学 | 一种错位弯曲结构光纤液体折射率传感器 |
| CN115184308A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-14 | 南京信息工程大学 | 基于游标效应的并行级联折射率传感器和折射率检测方法 |
| CN115219455A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-10-21 | 浙江师范大学 | 一种基于无芯光纤干涉型pH传感装置 |
-
2024
- 2024-01-24 CN CN202410095051.0A patent/CN117607100B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000089042A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバセンサとそれを用いた情報検出方法 |
| US20100080502A1 (en) * | 2007-03-09 | 2010-04-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical fiber sensor |
| CN103033489A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-10 | 中国计量学院 | 一种基于倾斜光纤光栅束腰放大熔接技术的pH值传感器 |
| US20150168216A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-18 | Macau University Of Science And Technology | Optical Fiber-Based Environmental Detection System and the Method Thereof |
| CN209147930U (zh) * | 2018-07-24 | 2019-07-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种高分辨率单模多模单模微位移光纤传感器 |
| CN111829986A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-27 | 华南师范大学 | 一种基于腐蚀光纤包层的马赫-曾德尔干涉湿度传感器 |
| CN212844995U (zh) * | 2020-07-31 | 2021-03-30 | 山西大学 | 一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器 |
| CN112833928A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 桂林电子科技大学 | 级联宏弯曲和交替单模-多模光纤结构温度折射率传感器 |
| CN112834458A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 桂林电子科技大学 | 一种错位弯曲结构光纤液体折射率传感器 |
| CN115219455A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-10-21 | 浙江师范大学 | 一种基于无芯光纤干涉型pH传感装置 |
| CN115184308A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-14 | 南京信息工程大学 | 基于游标效应的并行级联折射率传感器和折射率检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ANDREAS STEINEGGER等: "Optical Sensing and Imaging of pH Values:Spactroscopies, Materials, and Applications", vol. 120, no. 22, 4 November 2020 (2020-11-04), pages 12357 - 12489, XP093062038, DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00451 * |
| 兆雪 等: "光纤锥在线型马赫-曾德干涉仪的折射率传感特性", 光子学报, vol. 45, no. 2, 29 February 2016 (2016-02-29), pages 1 - 5 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117607100B (zh) | 2024-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210025945A1 (en) | Fiber optic sensing apparatus, system, and method for state of charge measurement in energy storage devices | |
| Han et al. | A review on various optical fibre sensing methods for batteries | |
| CN116018706A (zh) | 电池状态原位监测方法及系统 | |
| Ghannoum et al. | Development of embedded fiber-optic evanescent wave sensors for optical characterization of graphite anodes in lithium-ion batteries | |
| CN105092536A (zh) | 一种多模-单模结构光纤表面等离子体共振传感器及其检测方法 | |
| CN103852428A (zh) | 一种基于多模纤芯和光纤光栅的湿度传感器及其制备方法 | |
| CN112146690A (zh) | 一种基于双包层光纤的多参量测量装置 | |
| CN111829986A (zh) | 一种基于腐蚀光纤包层的马赫-曾德尔干涉湿度传感器 | |
| CN111457862A (zh) | 一种方向识别的光纤spr曲率传感器及使用制作方法 | |
| Zhang et al. | Liquid-level sensor based on reflective mechanically induced long-period grating using double-cladding fiber | |
| CN104864895A (zh) | 基于碳纳米材料少模长周期光纤光栅的测量方法及传感器 | |
| CN117607100B (zh) | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 | |
| Dong et al. | Hydroxyethyl cellulose sensitized SMDMS structure with optical fiber relative humidity and temperature simultaneous measurement sensor | |
| CN212539081U (zh) | 一种方向识别的光纤spr曲率传感器 | |
| Wang et al. | Mode dependence of refractive index sensitivity of long-period fiber gratings induced by periodically embedded multimode fiber | |
| CN110530466B (zh) | 基于双无芯光纤级联的强度调制型液位传感检测方法 | |
| CN218765758U (zh) | 一种用于废旧电池拆解废气检测的光纤气体压强传感器 | |
| Peng et al. | Design of a sensitivity-enhanced FBG strain sensor and its application in state estimation for lithium-ion battery | |
| CN110308115A (zh) | 一种干涉型光纤spr传感器 | |
| CN114994545A (zh) | 一种基于光纤spr和fbg传感器的混合监测电池结构健康系统 | |
| CN115950841A (zh) | 一种错位式光纤传感器及超级电容器充放电监测系统 | |
| CN220568656U (zh) | 一种半圆形光纤传感器 | |
| Xu et al. | Optimization Design of SNS Sensor Structural Parameters for Battery Expansion Monitoring | |
| CN217276022U (zh) | 一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器 | |
| CN101963654B (zh) | 差分光纤atr传感器检测蓄电池剩余容量的方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |