強度調(diào)制型光纖傳感器建模分析與設(shè)計實現(xiàn).pdf

1、光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、抗電磁干擾、耐惡劣環(huán)境等優(yōu)點，且能實現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性以及高靈敏度測量。強度調(diào)制型光纖傳感器是外界信號引起光纖中光的強度的變化，通過檢測輸出光強的變化來實現(xiàn)測量的。
　　 本文以近紅外光譜吸收理論為基礎(chǔ)，建立強度調(diào)制型光纖傳感器的理論模型，并對光強補償、反射探頭、微弱信號處理等進(jìn)行了深入的研究和設(shè)計實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，完成了傳感器整機研制和實驗研究。首先，全面研究了光譜吸收的理論基

2、礎(chǔ)和測量方法，對不同形態(tài)的物體（氣體、液體、固體）的測量原理和方法進(jìn)行了研究和分類，建立了透射原理和漫反射原理檢測的兩種理論模型。透射原理是在朗伯-比爾定律的基礎(chǔ)上，建立了基于窄帶光源的差分型諧波檢測數(shù)學(xué)模型，模型顯示氣體濃度與一次諧波分量、二次諧波分量都是成線性關(guān)系的。漫反射檢測原理是針對固體和不透明液體的測量，建立在K-M 定律的基礎(chǔ)上，由數(shù)學(xué)模型知，待測物體濃度和輸出沒有可描述的線性函數(shù)關(guān)系，所以引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立漫反射原理的

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測模型。根據(jù)上述理論分析和建模，設(shè)計開發(fā)了強度調(diào)制型光纖傳感系統(tǒng)。在傳感器光路設(shè)計系統(tǒng)中，為了提高傳感器的精度和穩(wěn)定性，在分析了影響傳感器性能的各種因素和典型光強補償方法的基礎(chǔ)上，提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光強補償方法和一種組合式光纖束的探頭設(shè)計方法，并進(jìn)行了探頭的理論建模和仿真分析，給出了基于探頭理論模型的優(yōu)化設(shè)計方法。
　　 本文根據(jù)光電信號檢測原理，完成前置放大電路和微弱信號處理電路的設(shè)計實現(xiàn)。由相關(guān)檢測原理和光纖傳感器的信

4、號特點，完成微弱信號檢測的模擬處理系統(tǒng)和數(shù)字處理系統(tǒng)，通過分析驗證數(shù)字檢測系統(tǒng)比模擬檢測系統(tǒng)具有更高的可靠性、穩(wěn)定性以及靈活性。最后，搭建透射原理檢測和漫反射原理檢測的實驗平臺。通過對一氧化碳濃度的檢測來驗證差分型諧波檢測的數(shù)學(xué)模型，實驗結(jié)果表明，一次諧波分量基本與濃度成線性關(guān)系，二次諧波分量相差不大，幾乎成一條直線。漫反射原理檢測紙張中的水分含量，實驗結(jié)果表明，濃度與輸出不成線性關(guān)系，但利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做非線性校正，達(dá)到了良好的檢測效果。