光纖法布里—珀羅腔溫度傳感技術(shù)的研究.pdf

1、溫度是一個基本的物理量,它是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展,尤其是在強電磁干擾、易燃、易爆等惡劣環(huán)境下,對溫度的測量要求越來越高。同時,光纖F-P(Fabry-Perot)腔溫度傳感器是一種新型的傳感器,與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比,它具有體積小、重量輕、靈敏度高、電絕緣性好、抗電磁干擾等優(yōu)點。相對于其它光纖傳感器而言,光纖F-P腔溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、適合批量生產(chǎn),因此在各個領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

2、
　　 本文設(shè)計了一種基于物體熱脹冷縮原理和法布里-珀羅腔多光束干涉機理的新型結(jié)構(gòu)光纖F-P腔溫度傳感系統(tǒng)。當(dāng)溫度發(fā)生變化時,F-P腔的腔長將會發(fā)生變化。根據(jù)F-P腔的光學(xué)特性可知,F-P腔的腔長的變化將會導(dǎo)致其輸出光強的變化,因而,只需檢測出F-P腔輸出光強的變化,即可得出待測溫度的變化。
　　 本文首先建立了F-P干涉腔的反射光的數(shù)學(xué)模型,對F-P傳感腔的初始腔長、光纖端面反射率的選取進(jìn)行了計算與優(yōu)化設(shè)計,確定出當(dāng)F

3、-P腔的工作區(qū)間為λ/8,初始腔長選取在mλ+λ/16時,傳感器具有最佳的溫度響應(yīng)特性；并用軟件ANSYS對傳感器的理論模型進(jìn)行仿真與分析。在現(xiàn)有實驗條件下,通過相位解調(diào)法準(zhǔn)確地測量出F-P腔的初始腔長,利用單、多模光纖跳線、陶瓷套筒等材料,完成了光纖F-P腔溫度傳感頭的制作。
　　 其次,通過對前置放大電路的噪聲分析以及對各種元器件的合理選擇,設(shè)計了一種對傳感器輸出的微弱光強信號進(jìn)行放大、濾波等處理電路,利用單片機AT89C5

4、1對數(shù)據(jù)采集芯片AD574A和可編程接口芯片8155進(jìn)行控制,并結(jié)合相應(yīng)軟件編程,進(jìn)一步完成對信號數(shù)字濾波、單位轉(zhuǎn)換以及上下限報警等處理,最終實現(xiàn)對傳感器輸出信號的實時采集和動態(tài)顯示。
　　 最后詳細(xì)介紹了實驗系統(tǒng)以及實驗方法,并對實驗結(jié)果進(jìn)行了誤差分析以及提出相應(yīng)地解決方案。實驗結(jié)果表明:當(dāng)待測溫度變化范圍為0℃～100℃時,F-P腔的腔長近似線性變化,相應(yīng)的靈敏度為0.161V/℃；在0℃～70℃間測得誤差為0.25℃；在8