基于砷化鎵吸收式多通道自校準(zhǔn)光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究.pdf

1、溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業(yè)、醫(yī)藥、科學(xué)研究等多領(lǐng)域中最重要的測(cè)量物理量之一，是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以熱敏電阻、熱電偶等用電信號(hào)作為工作基礎(chǔ)的溫度傳感器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)、空間技術(shù)中發(fā)揮了重大作用。但此類(lèi)傳感器具有易受到電磁干擾和輻射影響等多種缺點(diǎn)。尤其在某些特定領(lǐng)域（如工業(yè)生產(chǎn)、石油化工、電力、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域），傳統(tǒng)電傳感方法在易燃易爆或易受到電磁干擾的環(huán)境中進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，受到很大程度的限制。隨著光纖制造技

2、術(shù)、光纖傳感技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)的飛速發(fā)展，使光纖測(cè)溫方法逐漸發(fā)展為一種新型的測(cè)溫技術(shù)。
　　本文結(jié)合光纖測(cè)溫的技術(shù)特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)砷化鎵晶體的光學(xué)特性進(jìn)行充分研究，再進(jìn)一步對(duì)砷化鎵溫度傳感技術(shù)進(jìn)行理論分析，設(shè)計(jì)了一種具有光源波形自校準(zhǔn)功能和光譜分析裝置自校準(zhǔn)功能的砷化鎵吸收式多通道光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的光源波形自校準(zhǔn)功能可以消除光源的電流強(qiáng)度的變化和光源所處環(huán)境變化對(duì)光源強(qiáng)度抖動(dòng)、波形變化造成溫度測(cè)量的誤差，光譜分

3、析裝置自校準(zhǔn)功能可以消除光譜分析裝置所處環(huán)境溫度變化帶來(lái)的光譜測(cè)量波長(zhǎng)漂移問(wèn)題，同時(shí)本文的多通道光路設(shè)計(jì)滿(mǎn)足多點(diǎn)測(cè)量溫度的需求。
　　基于砷化鎵吸收光譜邊緣波長(zhǎng)隨溫度的升高向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移的特性，本文提出了一種適用于本測(cè)溫系統(tǒng)的光譜解調(diào)數(shù)據(jù)處理方法，消除了背景光譜噪聲，消除了光譜分析儀的暗電流散粒噪聲、復(fù)位噪聲、放大器噪聲、以及光散粒噪聲構(gòu)成的背景噪聲。本方法基于波長(zhǎng)調(diào)制來(lái)解調(diào)光譜中的溫度信息，可避免測(cè)溫系統(tǒng)強(qiáng)度變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差

4、，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證該解調(diào)方法的合理性。本方法采用查詢(xún)校對(duì)表的方式來(lái)獲取溫度值，可減少測(cè)溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算量，降低測(cè)溫系統(tǒng)主控單元的功耗，提高測(cè)溫速度。本數(shù)據(jù)處理方法在25℃～70℃區(qū)間，測(cè)量精度小于±0.1℃，在70℃～250℃區(qū)間，測(cè)量精度小于±0.7℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該解調(diào)方法解調(diào)精度高運(yùn)算量小滿(mǎn)足測(cè)溫系統(tǒng)需求。
　　為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)自校準(zhǔn)功能的有效性，分別設(shè)計(jì)了波形自校準(zhǔn)對(duì)比試驗(yàn)以及光譜分析裝置對(duì)比試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5、表明，當(dāng)測(cè)溫系統(tǒng)在光源強(qiáng)度變化以及系統(tǒng)光源處在不同環(huán)境溫度時(shí)，有波形自校準(zhǔn)功能的測(cè)溫系統(tǒng)能夠有效解決上述干擾問(wèn)題;當(dāng)光譜分析裝置的使用環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，具有光譜自校準(zhǔn)功能的測(cè)溫系統(tǒng)能夠有效消除溫度對(duì)光譜分析裝置帶來(lái)的波長(zhǎng)漂移問(wèn)題，使系統(tǒng)測(cè)溫誤差更小、精度更高。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的基于砷化鎵吸收式多通道自校準(zhǔn)光纖溫度檢測(cè)系統(tǒng)性能較好。本文設(shè)計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)可以推廣在煉油廠(chǎng)、加油站、油庫(kù)等易燃易爆環(huán)境中使用。該系統(tǒng)也同樣適用于微