畢業(yè)論文--光纖智能監(jiān)控傳感器系統(tǒng)

1、<p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使人類社會(huì)從高度工業(yè)化向信息化轉(zhuǎn)變,在信息化時(shí)代,人類將主要依靠對信息資源的開發(fā)及其變換,傳輸和處理進(jìn)行社會(huì)活動(dòng).傳感器是感知,獲取,檢測和轉(zhuǎn)換信息的窗口,處于研究工作對象與傳輸系統(tǒng)的接口位置,被比喻為電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)電腦智能化的"五官".可以設(shè)想,如果沒有高度保真和性能可靠

2、的傳感器,縱有再好的傳輸和處理設(shè)備也無法發(fā)揮作用.因此,傳感器是實(shí)現(xiàn)信息化時(shí)代的主要技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　傳感器又被稱為"80年代最有代表性的珍品",目前已廣泛應(yīng)用于國防軍工,工,農(nóng)業(yè)生產(chǎn),環(huán)境保護(hù),生物醫(yī)學(xué),計(jì)量測試,交通運(yùn)輸,自動(dòng)控制和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域拓展.電子和電腦,空間海洋,遺傳,材料和能源等關(guān)鍵工程的開發(fā),首先就要有能傳感各種強(qiáng),高,弱,微和邊緣效應(yīng)的傳感器,這些特殊領(lǐng)域

3、的突破將給人類科學(xué)技術(shù)帶來不可估量的進(jìn)展,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益.因此,傳感器是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)開拓的先鋒。</p><p>　　光纖與激光,半導(dǎo)體光探測器一樣,是一種新興的光學(xué)技術(shù),即形成光電子學(xué)新的領(lǐng)域是20世紀(jì)后勤工作半期重大發(fā)明之一。以光纖作為信息傳輸介質(zhì)的光纖通信,自1970年美國康寧(Corning)玻璃公司制成20dB/km的光纖充來,得到廣泛的重視和發(fā)展。短短的十幾年就從實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嵱没?現(xiàn)正在形成產(chǎn)

4、業(yè),社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與日俱增。</p><p>　　在70年代中期,人們開始意識(shí)到光纖本身可以構(gòu)成一種新的直接交換信息的基礎(chǔ),無需任何中間級(jí)就能把待測的量和光纖內(nèi)的導(dǎo)光聯(lián)系起來。自1977年美國海軍研究所(NRL)開始執(zhí)行光纖傳感器系統(tǒng)(FOSS)計(jì)劃以來,光纖傳感器的概念在全世界的許多實(shí)驗(yàn)室里變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。</p><p>　　隨著光纖傳感器的研制,國際間的學(xué)術(shù)研究交流活動(dòng)日益增多。從1983年

5、起,國際光纖傳感器會(huì)議(International Conference on Optical Fiber Sensors)定期召開。</p><p><b>　　第2章 傳感器</b></p><p><b>　　2.1 傳感器</b></p><p>　　2.1.1傳感器定義 </p><p>

6、　　能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成。</p><p>　　人可以用手準(zhǔn)確地拿到放在桌上的書,筆等物,這是出現(xiàn)于日常生活中的習(xí)以為常的現(xiàn)象。人在完成這個(gè)過程時(shí),不可缺少的是大腦的判斷和認(rèn)識(shí)對象,而眼睛為大腦的正確判斷和認(rèn)識(shí)提供依據(jù),可以想像,如果閉上眼睛,人拿任何物品是多么困難.控制

7、和測量的關(guān)系就是這樣,為了有效地達(dá)到自動(dòng)控制,就需要像眼睛一樣的傳感器測量被控制對像的一系列信息和對這些信息的正確判斷。</p><p>　　2.1.2 傳感器的條件</p><p>　　眾所周知，實(shí)現(xiàn)信息檢測，轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)脑?，器件或裝置稱為傳感器。通常要求傳感器要具有如下條件:</p><p>　　1.有優(yōu)良的轉(zhuǎn)換功能,工作范圍寬,具有好的線性特性,檢測信號(hào)的信噪

8、比高,重復(fù)性好,時(shí)間老化特性優(yōu)良。</p><p>　　2.檢測信號(hào)的質(zhì)量好，容易作信號(hào)處理,容易傳輸信號(hào)。</p><p>　　3.與被測體匹配好，對被測體環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，不破壞被測體的狀態(tài)，檢測信號(hào)不受被測體環(huán)境的干擾。</p><p>　　4.體積小，重量輕，特性偏差小，故障率低，價(jià)格低廉。</p><p>　　2.1.3 傳感器的分

9、類</p><p>　　目前,市場上的傳感器有數(shù)千種，正在研究的就更多。為研究方便，人們常用以下方法將傳感器分類：</p><p>　　1.按工作原理分：結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器。前者主要是利用傳感器結(jié)構(gòu)上幾何尺寸等的變化來實(shí)現(xiàn)檢測、轉(zhuǎn)換；后者則是利用傳感器材料的物性變化來實(shí)現(xiàn)檢測、轉(zhuǎn)換的。</p><p>　　2.按所用的效應(yīng)分：有物理傳感器、化學(xué)傳感器及生物傳

10、感器。</p><p>　　第3章 光纖傳感器</p><p>　　3.1 光纖傳感器的原理 </p><p>　　光纖是70年代為光通信而發(fā)展的一種新型材料,它主要是用玻璃預(yù)制棒拉絲成纖維,外直徑僅100-150um。它與其它材料相比,有許多獨(dú)特的性能。</p><p>　　光纖的第一個(gè)特性是良好的傳光性能。它對光波的損耗目前可低到0

11、.2 db/km,甚至更低；若光在光纖里傳播1km,光強(qiáng)將減小為原來的1/1.047,即光強(qiáng)為原來的96%,傳播15km后光強(qiáng)還有原來的一半,可見光強(qiáng)衰減很小。有人比喻說,如果有一根針沉在10km深,透明度和光纖相同的海底,人在海面上可以看得非常清楚,可以想像光纖的透明度是很高的。</p><p>　　光纖的第二個(gè)特性是頻帶寬.這是因?yàn)楣饫w傳輸?shù)氖枪?而光的頻率特別高,現(xiàn)在所用的光頻率在1014-1015Hz的范

12、圍里,它比微小高5個(gè)數(shù)量級(jí)。頻率越高,能夠容納的帶寬越寬；而其它傳輸手段只能傳輸頻率低得多的電磁波,即使能夠把光送入其它傳輸線,也由于損耗大而沒有實(shí)用價(jià)值。這是光纖能夠同時(shí)傳輸大量信息的根本原因?，F(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到的實(shí)用水平是一條光纖能同時(shí)傳輸路電話。正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn),很快就能投入使用的同時(shí)能傳輸路電話,比原來的提高4倍。理論上可以傳輸?shù)穆窋?shù)比它還要大得多,可能是一個(gè)天文數(shù)字?，F(xiàn)在限于光纖的水平,更奶于其它元件的水平(例如半導(dǎo)體激光器),使傳輸信

13、息的容量有限。盡管這樣,一條比頭發(fā)還細(xì)的玻璃絲,用那么小的功率(只有幾個(gè)毫瓦)能夠傳送幾萬路電話,甚至還可以多得多,確實(shí)不可思議,不愧是一項(xiàng)最新的尖端技術(shù)。</p><p>　　光纖的長三個(gè)物性是它本身就是一個(gè)敏感元件,即光在光纖中傳輸時(shí),光的特性如振幅、相位、偏振態(tài)等將隨檢測對象發(fā)生變化而相應(yīng)變化。光從光纖射出時(shí),光的特性得到調(diào)制通過對調(diào)制光的檢測,便能感知外界的信息這是光纖在光纖通信領(lǐng)域外的應(yīng)用。</p

14、><p>　　為充分發(fā)揮光纖的這一特性,自70年代中期以來出現(xiàn)了許多特殊光纖,如一種性能靈敏地隨著射線輻照而發(fā)生變化的光纖,被用于射線計(jì)量儀；在光纖外面涂上一層特殊涂層材料,以提高光纖對外界信息的敏感能力,用于測量磁場；一些特殊斷面,如橢圓芯光纖,熊貓光纖,蝴蝶光纖以及其它特殊用途的紅外光纖,紫外光纖,激光光纖,熒光光纖等都已研制成功,有些還進(jìn)入了商品市場。光纖傳感器也應(yīng)之而生，光纖傳感器是一種把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭?/p>

15、測的光信號(hào)裝置。</p><p>　　它由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖的）、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成。</p><p>　　3.2光纖傳感器的分類</p><p>　　1、根據(jù)光纖在傳感器中的作用進(jìn)行分類</p><p>　　1）功能型（全光纖型）光纖傳感器：利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖（或特殊光纖）作傳感器元件，

16、將“傳”和“感”合為一體的傳感器。</p><p>　　2）非功能型（或稱傳光型）光纖傳感器：光纖僅起導(dǎo)光作用，只“傳”</p><p>　　不“感”，對外界信息的“感覺”功能依靠其他物理性質(zhì)的功能元件來完成。</p><p>　　3）拾光型光纖傳感器：用光纖作為探頭，接受由被測對象輻射的光或被其</p><p><b>　　反射、

17、散射得光。</b></p><p>　　2、根據(jù)光受被測對象的調(diào)試形式進(jìn)行分類</p><p>　　1）強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器：是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的折射</p><p>　　率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化來實(shí)現(xiàn)敏感測量的傳</p><p><b>　　感器。</b></p&g

18、t;<p>　　2）偏振調(diào)制光纖傳感器：是一種利用光偏振態(tài)變化來測量被測對象信息的</p><p><b>　　光纖傳感器。</b></p><p>　　3）頻率調(diào)制光纖傳感器：是一種利用單色光射到被測物體上反射回來的光</p><p>　　的頻率發(fā)生變化來進(jìn)行測量的光纖傳感器。</p><p>　　4）相

19、位調(diào)制光纖傳感器：其基本原理是利用被測對象對光纖的作用，使光</p><p>　　纖的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致光線中傳輸光的相位發(fā)生變化，使</p><p>　　兩根光纖中的出射光產(chǎn)生干涉，且產(chǎn)生的干涉條紋發(fā)生變化，通過檢測</p><p>　　干涉條紋的變化量來確定光相位的變化，從而得到被測對象的信息。</p><p>　　3.3 光

20、纖傳感器的特點(diǎn)</p><p>　　與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器的主要特點(diǎn)是：</p><p>　　1）抗電磁干擾，電絕緣，耐腐蝕，本質(zhì)安全。由于光纖傳感器是利用光</p><p>　　波傳輸信號(hào)的，而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒介，因此不怕強(qiáng)電磁干擾，也不影響外界電磁場，本質(zhì)安全可靠。這使得它在各種大型機(jī)電、石油化工、冶金高壓、強(qiáng)電磁干擾、易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕環(huán)

21、境中能安全有效的使用。</p><p>　　2）靈敏度高。利用長光纖和光波干涉技術(shù)使不少光纖傳感器的靈敏度優(yōu)于一般傳感器。其中有的已有理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如測試水聲、加速度、輻射、溫度、磁場等物理量的光纖傳感器。</p><p>　　3）重量輕，體積小，外形可變。</p><p>　　4）測量對象廣泛。目前已有性能不同的測試溫度、壓力、位移、速度、加速度、液面、流量、震

22、動(dòng)、水聲、電流、電場、電壓、雜志含量、液體濃度、核輻射等各種物理量、化學(xué)量的光纖傳感器的現(xiàn)場使用。</p><p>　　5）被測介質(zhì)影響小。</p><p>　　6)便于復(fù)用，便于成網(wǎng)。</p><p><b>　　7）成本低。</b></p><p>　　第4章 光纖智能監(jiān)控傳感器系統(tǒng)</p><

23、p>　　4.1光纖微彎傳感器</p><p>　　4.1.1 光纖微彎傳感器的原理</p><p><b>　　1、定義</b></p><p>　　當(dāng)光纖形態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起光纖中的模式耦合，其中有些導(dǎo)波模變成了輻射模，從而引起損耗，這就是微彎損耗。光纖的微彎損耗遠(yuǎn)大于光纖的宏彎損耗。光纖微彎傳感器是通過外界因素導(dǎo)致光纖產(chǎn)生微彎變化，

24、進(jìn)而導(dǎo)致光纖輸出光強(qiáng)變化來反映或者測量待測量變化的傳感設(shè)備，屬于非功能型光纖傳感器。</p><p><b>　　2、微彎效應(yīng)</b></p><p>　　光纖的微彎會(huì)引起光纖中的傳導(dǎo)模與輻射膜之間產(chǎn)生耦合，從而使一部分倒模泄露到包層中去，通過檢測光纖纖芯中的傳導(dǎo)光功率或包層中輻射模功率的變化，就能檢測位移或壓力的大小。引起微彎板位移的物理量可以是溫度、壓力、位移等。

25、</p><p>　　3、光模式強(qiáng)度調(diào)制原理</p><p>　　在光纖傳感器中，微彎處一般彎成正弦狀，設(shè)微彎部分的空間周期為A，振幅為A，如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 光模式強(qiáng)度調(diào)制原理圖</p><p>　　當(dāng)有外界因素作用在微彎板上時(shí)，將使光纖產(chǎn)生微小形變，光纖進(jìn)而產(chǎn)生微彎損耗。微彎損耗的大小和空間周期、振幅、光纖種類

26、、光纖彎曲形變大小等都有關(guān)。</p><p>　　4、空間周期 </p><p>　　如果光纖中兩個(gè)模式的傳播常數(shù)分別為，理論研究表明，光纖微彎板的空間周期滿足：</p><p><b>　　（4.1）</b></p><p>　　對于梯度型（拋物線或平方率）光纖而言，設(shè)纖芯的半徑為a，</p>

27、;<p>　　分別表示距離光纖軸為0，a處的折射率，相對折射率為</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　另外，對于拋物線折射率分布光纖而言，傳播常數(shù)、相對折射率、纖芯半徑a之間的關(guān)系為 </p><p>　?。?.3） </p><p>　　由以上三個(gè)式子得到拋物線

28、折射率分布光纖微彎板（微彎變形器）的臨界空間周期為</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　對于階躍型光纖而言，分別表示距離光纖纖芯、包層處的折射率，相對折射率為</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　對于階躍型折射率分布光纖而言，傳播常數(shù)、

29、相對折射率、纖芯半徑a之間的關(guān)系為</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　由以上式子的得到階躍型折射率分布微彎板（微彎變形器）的臨界空間周期為</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　4.1.2光纖微彎傳感器的應(yīng)用</p>&l

30、t;p>　　1.光纖微彎壓力傳感器</p><p>　　2.光纖微彎水聲傳感器（光纖微彎水聽器）</p><p>　　3.光纖微彎傳位移感器</p><p>　　4.基于OTDR原理的用于工程監(jiān)測的光纖微彎應(yīng)變傳感器</p><p>　　5.在復(fù)合材料成型表征中的應(yīng)用</p><p>　　6.光纖懸臂梁微彎測量傳

31、感器</p><p>　　7.用于編織復(fù)合材料中的應(yīng)變檢測</p><p>　　4.2利用彎曲損耗的光纖壓力傳感器</p><p>　　力或振動(dòng)使光纖變形，進(jìn)而影響光纖中傳輸光的強(qiáng)度構(gòu)成的強(qiáng)度型光纖壓力傳感器。下圖為壓力光纖傳感器的原理圖:</p><p>　　圖4.2壓力傳感器原理圖</p><p>　　激光經(jīng)過擴(kuò)束

32、鏡,聚焦注入多模光纖,包層中的非導(dǎo)引模由脫模器(一般涂有黑漆的光纖,長度數(shù)厘米)去掉,然后進(jìn)入變形器(一般為5個(gè)周期,節(jié)距3mm),當(dāng)</p><p>　　根值，即U=2.405，由于截止時(shí)W→0有V≈U，故階躍折射率分布光纖的單模條件可表示為</p><p><b>　　（4.8）</b></p><p>　　光纖微彎壓力傳感器的原理圖如圖4

33、.3、4.4所示。</p><p>　　圖4.3 光纖微彎壓力傳感器的原理圖1</p><p>　　圖4.4 光纖微彎壓力傳感器的原理圖2</p><p>　　光纖被夾在一對鋸齒板（即光纖微彎變形器）中間，當(dāng)光纖不受力時(shí)，光纖從光纖中穿過，沒有能量損失。當(dāng)鋸齒板受外力作用而產(chǎn)生位移時(shí)，光纖將發(fā)生許多微彎，這時(shí)在纖芯中傳輸纖芯中傳輸?shù)奈澨幱胁糠稚⑸涞桨鼘又小?l

34、t;/p><p>　　4.3 光纖智能監(jiān)控傳感器</p><p>　　1、智能監(jiān)控傳感器的介紹：</p><p>　　光纖智能監(jiān)控傳感器把光纖微彎原理和紅外電對射原理相結(jié)合，當(dāng)有人破門而入或是破窗而入時(shí)，報(bào)警器發(fā)生聲光報(bào)警，通過設(shè)置多個(gè)探頭還能判斷是哪一個(gè)窗戶有人闖入還是有人破門而入，進(jìn)而把損失降到最低，通過人為清零解除聲光報(bào)警。光纖中傳輸光為冷光，不發(fā)熱，沒有電火花，

35、非常安全。光纖智能防盜報(bào)警傳感器屬于模式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。</p><p><b>　　2、基本原理</b></p><p>　　關(guān)于光模式強(qiáng)度調(diào)節(jié)原理與空間周期原理已在“光纖微彎傳感器”中做了闡述。</p><p>　　光纖智能監(jiān)控傳感器的原理圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.5 光纖智能防盜報(bào)警傳感器

36、原理</p><p>　　4.4 光纖智能監(jiān)控傳感器的電路設(shè)計(jì)和調(diào)試</p><p>　　4.4.1 發(fā)光電路</p><p>　　發(fā)光電路是產(chǎn)生光源和接受信號(hào)的電路，發(fā)出的光經(jīng)過光纖傳感器再由PD接收，經(jīng)過電路對光的處理分析來產(chǎn)生一定的效果。電路圖如下圖所示：</p><p><b>　　圖4.6發(fā)光電路</b><

37、;/p><p>　　根據(jù)上圖，在淘寶網(wǎng)上購買所需要的元器件，進(jìn)行電路的焊接調(diào)試，在電路的焊接過程中，出現(xiàn)了一些故障，比如說焊接工藝的虛焊、漏焊，元器件引腳的錯(cuò)誤安裝，接地和接電源的線路錯(cuò)誤等等。根據(jù)電路圖一步步的找出故障原因，細(xì)心仔細(xì)的逐個(gè)排除。安裝完畢后再連接到試驗(yàn)箱上檢查電路的工作情況，觀察現(xiàn)象。得到下面的實(shí)物圖：</p><p>　　圖4.7發(fā)光電路實(shí)物圖</p><

38、p>　　4.4.2 報(bào)警電路</p><p>　　報(bào)警電路是傳感器系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著報(bào)警的任務(wù)，當(dāng)壓力作用在微彎傳感器上時(shí)，會(huì)使傳輸光出現(xiàn)損耗，造成光強(qiáng)的變化，經(jīng)過電路的處理分析，報(bào)警電路就會(huì)作用，蜂鳴器就響。下圖所示電路圖：</p><p>　　圖4.8 報(bào)警電路原理圖</p><p>　　經(jīng)過元器件的焊接安裝調(diào)試之后形成下圖所示實(shí)物圖：</p

39、><p>　　圖4.9 報(bào)警電路實(shí)物圖</p><p>　　4.4.3 光纖智能監(jiān)控傳感器整體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)橐驗(yàn)楣饫w智能防盜報(bào)警傳感器要求是智能監(jiān)控系統(tǒng)，所以發(fā)光和報(bào)警電路必須得同時(shí)發(fā)揮作用，就不得不設(shè)計(jì)電路使兩者有機(jī)結(jié)合，即將發(fā)光和報(bào)警電路組合在一起來完成智能監(jiān)控的任務(wù)。前面4.3.1和4.3.2已經(jīng)分別的設(shè)計(jì)了發(fā)光電路和報(bào)警電路，通過prote

40、l 99se這個(gè)軟件整體整合兩個(gè)電路，畫出最終完整的電路圖，如圖4.8所示：</p><p>　　圖4.10 監(jiān)控系統(tǒng)電路圖</p><p>　　最后經(jīng)過電路的焊接，得到其總電路實(shí)物圖如圖4.10所示：</p><p>　　圖4.11 系統(tǒng)實(shí)物圖</p><p>　　4.4.4 電路的調(diào)試</p><p>　　根據(jù)

41、電路圖和焊接組裝的電路板，利用試驗(yàn)箱對整個(gè)電路進(jìn)行初步的調(diào)試。首先將電路與試驗(yàn)箱進(jìn)行連接，再將光纖傳感器與電路的光源和PD連接，接通電源，用萬用表測試電路中各相關(guān)管腳的電壓，看是否符合實(shí)驗(yàn)的要求，初次調(diào)試會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的情況，例如：光源不亮、PD的調(diào)節(jié)度和靈敏度不夠、報(bào)警電路的持續(xù)蜂鳴、傳感器的光損耗太大等等。造成這些問題的原因有很多，例如在傳感器的制作過程中端面處理的不夠好，導(dǎo)致光損耗過大；還有電路中引腳的</p>

42、<p>　　連接錯(cuò)誤，PD的管腳錯(cuò)誤，可變電阻的變化值太小達(dá)不到調(diào)節(jié)的要求；還有傳感器的空間周期選擇的不合理，微彎點(diǎn)過少或微彎力度不夠等等。</p><p>　　當(dāng)以上的各種問題都解決之后，就要開始整個(gè)系統(tǒng)的測試，看看系統(tǒng)的靈敏度是否達(dá)到我們得要求：當(dāng)有適當(dāng)力作用在傳感器上時(shí)，報(bào)警電路是否報(bào)警。</p><p>　　下面的幾幅圖將描述這些步驟：</p><p&

43、gt;　　圖4.12 光纖傳感器</p><p>　　光纖傳感器上的距離為五倍的空間周期，微彎的點(diǎn)也合適，滿足微彎損耗的條件。</p><p>　　圖4.13 實(shí)驗(yàn)箱</p><p>　　試驗(yàn)箱為電路提供電源外，同時(shí)也可以檢驗(yàn)傳感器的制作過程中是否漏光。</p><p>　　圖4.14 系統(tǒng)的壓力測試</p><p>

44、;　　上圖用白色板條模擬了人或動(dòng)物踩在傳感器上的情景，當(dāng)用力壓在板條上時(shí)，蜂鳴器響同時(shí)指示燈亮，說明傳感器系統(tǒng)整體思路正確，靈敏度可以通過調(diào)節(jié)電路中電阻的阻值來調(diào)節(jié)，但此時(shí)有一個(gè)問題，就是報(bào)警電路只是在有壓力壓在傳感器上時(shí)才報(bào)警，一旦壓力沒了就沒有報(bào)警，因?yàn)榍懊嫣岬揭藶榈娜ハ龍?bào)警，所以還要對系統(tǒng)做進(jìn)一步的改進(jìn)，加上51單片機(jī)，讓它有一定的延時(shí)。</p><p>　　4.5 單片機(jī)控制電路與編程</p&g

45、t;<p>　　之前的調(diào)試讓我們明白必須在系統(tǒng)中加入單片機(jī)程序，讓它更完善更人性化，達(dá)到智能的效果。根據(jù)所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)，為系統(tǒng)加單片機(jī)控制電路，然后再寫入程序。其安裝電路如圖4.14所示:</p><p>　　圖4.15 單片機(jī)控制電路</p><p><b>　　寫入的單片機(jī)程序：</b></p><p>　　#includ

46、e<intrins.h></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define FilterBit 19</p><p>　　#define TIH 0xe0</p><p>　　#define TIL 0xff</p><p>　　code unsigne

47、d char achDisCode[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x7F,0xFF,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0};</p><p>　　//unsigned char chShowDisplay1 = 1;</p><p>　　//unsigned char chShowDisplay2

48、 = 1;</p><p>　　//unsigned char chShowDisplay3 = 1;</p><p>　　//unsigned char chShowDisplay4 = 600;</p><p>　　unsigned char chShowDisPlay = 50;</p><p>　　unsigned char chSh

49、owBit = 0;</p><p>　　unsigned char Flag1=0; </p><p>　　long int nTemp;</p><p>　　long int achDate[20] = {2000,2000,2000,2000,2000,2000,2000,2000,2000,2000, 2000, 2000, 2000, 2000, 200

50、0, 2000, 2000, 2000, 2000,2000};</p><p>　　unsigned char M1=1,M2=2,M3=3,M4=4,chM1,chM2,chM3,chM4;</p><p>　　unsigned char Flag=0;</p><p>　　sfr sfrAdcContr = 0xc5;</p><p>

51、　　sfr sfrAdcDataHigh = 0xc6;</p><p>　　sfr sfrAdcDateLow2 = 0xc7;</p><p>　　sfr sfrP1AdcEn = 0x97;</p><p>　　sbit alarm1=P3^0;</p><p>　　sbit alarm2=P3^1;</p><p&

52、gt;　　sbit OPERATION_PORT = P1^2;</p><p>　　sbit P24 = P2^4;</p><p>　　sbit P25 = P2^5;</p><p>　　sbit P26 = P2^6;</p><p>　　sbit P27 = P2^7;</p><p>　　void Dis

53、playDate() interrupt 1 using 1//定時(shí)器0中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0 = 0;</b></p><p><b>　　TF0 = 0;</b></p><p>　　TH0 = 0XF4;&

54、lt;/p><p>　　TL0 = 0XFF;///重置定時(shí)器</p><p>　　switch (chShowBit)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　case 0:</b></p><p><b>　　P24 = 1; </

55、b></p><p><b>　　P27 = 0;</b></p><p>　　P0 = achDisCode[11];</p><p>　　//if(chShowDisplay1)</p><p>　　M1 = chM1;</p><p>　　P0 = achDisCode[M1]-0x8

56、0;</p><p>　　chShowBit++;</p><p>　　//if(20 <= Flag1)</p><p><b>　　//{</b></p><p>　　//chShowDisplay1 = 0;</p><p><b>　　//}</b>

57、</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 1:</b></p><p><b>　　P27 = 1;</b></p><p><b>　　P26 = 0;</b></p><p>　　

58、P0 = achDisCode[11];</p><p>　　//if(chShowDisplay2)</p><p>　　M2 = chM2;</p><p>　　P0 = achDisCode[M2];</p><p>　　chShowBit++;</p><p>　　//if(20 <= Flag1)&l

59、t;/p><p><b>　　//{</b></p><p>　　//chShowDisplay2 = 0;</p><p><b>　　//}</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　cas

60、e 2:</b></p><p><b>　　P26 = 1;</b></p><p><b>　　P25 = 0;</b></p><p>　　P0 = achDisCode[11];</p><p>　　//if(chShowDisplay3)</p><p>

61、;　　M3 = chM3;</p><p>　　P0 = achDisCode[M3];</p><p>　　chShowBit++;</p><p>　　//if(20 <= Flag1)</p><p><b>　　//{</b></p><p>　　//chShowDispl

62、ay3 = 0;</p><p><b>　　//}</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p><b>　　P25 = 1;</b></p><p&g

63、t;<b>　　P24 = 0;</b></p><p>　　P0 = achDisCode[11];</p><p>　　//if(chShowDisplay4)</p><p>　　M4 = chM4;</p><p>　　P0 = achDisCode[M4];</p><p>　　chSh

64、owBit = 0;</p><p>　　//if(20 <= Flag1)</p><p><b>　　//{</b></p><p>　　//chShowDisplay4 = 0;</p><p><b>　　//}</b></p><p><b&

65、gt;　　default:</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　TR0 = 1;//啟動(dòng)定時(shí)器</p><p><b>　　}</b></p><p>　　lo

66、ng int Filter()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　idata long int Date = sfrAdcDataHigh;</p><p>　　idata int i = 0;</p><p>　　for(;i<19;i++)</p><p>&

67、lt;b>　　{</b></p><p>　　achDate[i] = achDate[i+1];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　achDate[FilterBit]=Date;</p><p>　　for(i = 0;i<20;i++)</p><

68、;p><b>　　{</b></p><p>　　nTemp+=achDate[i];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　Flag1++;</b></p><p>　　if(23==Flag1)</p><p>&

69、lt;b>　　{</b></p><p>　　Flag1 = 21;</p><p><b>　　Flag=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　nTemp/=12;</p><p>　　chShowDisPlay = n

70、Temp;</p><p>　　return nTemp;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void GetAdResult()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned nAdFinished = 0;<

71、;/p><p>　　sfrAdcDataHigh = 0;</p><p>　　sfrAdcContr = 0;</p><p>　　sfrAdcContr |=0x08;</p><p>　　nAdFinished = 0;</p><p><b>　　//EA = 0;</b></p>

72、<p>　　while (0 == nAdFinished)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　nAdFinished = (sfrAdcContr & 0x10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//E

73、A= 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Transform()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　idata long int chData = nTemp;</p><p>　　chDa

74、ta =chData*(5000/512); </p><p>　　//chData /=4;</p><p>　　chM1 = chData/1000;</p><p>　　chM2 = chData/100%10;</p><p>　　chM3 = chData/10%10;</p><p>　　chM4 = ch

75、Data%10;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(int a)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int b;</b></p><p>　　for(b=0;b<a;

76、b++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>

77、</p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　OPERATION_PORT = 1;</p><p>　　alarm1 = alarm2 =0;</p><p>　　TMOD = 0x21;</p><p>　　TH

78、0 = TIH;</p><p>　　TL0 = TIL;</p><p>　　TH1 = 0XFD;</p><p>　　TL1 = 0XFD;</p><p>　　SCON = 0Xd8;</p><p>　　PCON = 0X00;</p><p><b>　　EA = 1

79、;</b></p><p><b>　　PS =1;</b></p><p><b>　　ET0 = 1;</b></p><p><b>　　ES = 1;</b></p><p><b>　　TR0 =1;</b></p>

80、<p>　　TR1 = 1;</p><p>　　P1 |= 0X01;</p><p>　　sfrP1AdcEn = 0x01;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Ge

81、tAdResult();</p><p><b>　　Filter();</b></p><p>　　Transform();</p><p>　　delay(100);</p><p>　　if(nTemp<=10)</p><p><b>　　{ </b></

82、p><p>　　alarm1 = alarm2 =1;</p><p>　　OPERATION_PORT = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　return 0;</b><

83、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　根據(jù)以上的程序，可以使報(bào)警時(shí)間有一定的延遲，然后再經(jīng)過復(fù)位鍵關(guān)閉報(bào)警。</p><p>　　通過單片機(jī)控制電路和程序，模電和數(shù)電的相互配合，使此智能監(jiān)控傳感系統(tǒng)更加智能化、人性化。經(jīng)過多次的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)終于發(fā)揮了作用，設(shè)計(jì)成功完成。</p><p><b&

84、gt;　　結(jié) 論</b></p><p>　　光纖壓力傳感器電絕緣性能好,不受電磁干擾,無火花,能在易然,易爆的環(huán)境中使用。由于光纖級(jí)細(xì),可塑性好,能入置在小孔和縫隙等被測場點(diǎn),而且對被測場點(diǎn)擾動(dòng)小。光纖的原材料硅的資源豐富,價(jià)格低廉光纖和應(yīng)用將以地求上取之不盡的硅取代非常有限的銅,鋁等有色金屬。它有效的解決封閉式大型油罐內(nèi)的液面高度的檢測沒有一個(gè)較為理想的辦法，根據(jù)光纖體積小、靈敏度高、抗電磁干擾、

85、耐腐蝕、不易產(chǎn)生電火花等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　長距離光纖通信已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很高的階段,石英光纖在0.85um,1.3um和1.55um波長時(shí),衰減特性已接近于理論上的極限值。從實(shí)用的觀點(diǎn)來說,單模光纖在波長為1.3um以上時(shí)可獲得無窮大的帶寬。因此,人們現(xiàn)在的注意力已從研究一般的通信光纖轉(zhuǎn)向傳感器、有源、無源器件和新型光學(xué)元件用的特殊光纖的研究。本書致力于研究光纖傳感器,這是一個(gè)迅猛展的科學(xué)領(lǐng)域,可以預(yù)料

86、在不久的將來,它將會(huì)在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮巨大的作用。</p><p>　　光纖傳感器的種類繁多,在此無法一一列舉,下面僅給出幾個(gè)典型的例子加以說明。光纖用于從無到有或收集光,傳感機(jī)理可能是光學(xué)的或是電學(xué)的,傳感元件是光纖本身或是其它敏感元件,通過光纖能傳輸光功率也能傳輸載有信息的光束,光纖微光束傳感器就是其中一例,它通過入射光使微光纖橋產(chǎn)生振蕩,經(jīng)振蕩頻率調(diào)制的光信號(hào)沿光纖送到探測器,這種器件可作為一種壓力傳感器,因

87、為它的振蕩頻率與周轉(zhuǎn)氣體密度有關(guān)，這種傳感器也是一種用光泵浦的電傳感器。</p><p>　　光纖中的模態(tài)損耗和相們隨彎曲,微彎,壓力,拉力,溫度以及其它環(huán)境因素的變化而變化。雖然,這些因素在光纖通信中可以忽略,但是在特殊設(shè)計(jì)的光纖中其影響將增加。小數(shù)值孔徑的光纖在彎曲時(shí)損耗增加隨之而來的許多其它影響也相應(yīng)變化,所以有必要選用適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)使光纖獲得要求的特性。加入與光正交的電場,通過克爾(Kerr)效應(yīng)可以改

88、變光的相位,根據(jù)這一原理可以做成光纖電壓傳感器,對這種傳感器,光纖材料的克爾系數(shù)要比石英大。</p><p>　　綜上所述,人們期待將光纖傳感器的獨(dú)特性能和靈活性廣泛用于工業(yè)中,但是只有當(dāng)光纖傳感器的價(jià)格比現(xiàn)有的傳感便宜或是性能更優(yōu)越時(shí)才能為人們所接受。雖然現(xiàn)在已經(jīng)研究了各種各樣的光纖傳感器,但是今后注意力將集中研究那些有可能是最好的或是最便宜的傳感器上,只有這樣,才能應(yīng)用到實(shí)際中去。</p>&l

89、t;p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 廖延彪.光纖光學(xué).北京:清華大學(xué)出版社. 2001，178～200</p><p>　　[2] 劉德明等.纖維光學(xué).北京:國防科工委出版社. 1995，233～250</p><p>　　[3] 胡正榮等.1.3μm單模光纖偏振控制器的研究.光電子﹒激光.1994(6

90、)</p><p>　　[4] 潘英俊等.光纖偏振控制器的原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析.半導(dǎo)體光電.1994(9)</p><p>　　[5] Bob Chomycz.光纜現(xiàn)場安裝指南.人民郵電出版社.1999，56～110</p><p>　　[6] 苑立波.光纖實(shí)驗(yàn)技術(shù).哈爾濱工程大學(xué)出版社.2003，15～21</p><p>　　[7] 湯卉

91、等.光纖光纜與制造技術(shù).化工出版社.2004，76～99</p><p>　　[8] 石順祥等.光纖技術(shù)及其應(yīng)用.華中科技大學(xué)出版社.2003，115～130</p><p>　　[9] 陳炳炎等.光纖光纜的設(shè)計(jì)與制造.人民郵電出版社.1998，87～145</p><p>　　[10]胡先志等.光纜工藝學(xué).人民郵電出版社.2006，65～89</p>

92、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫作中,我想要感謝的是我的指導(dǎo)老師張森 .在張森老師的精心指導(dǎo)下我才得以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。首先，我要感謝張森老師，他對我畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)心與指導(dǎo)，在他的指導(dǎo)下我學(xué)到了不少的專業(yè)知識(shí)和做畢業(yè)設(shè)計(jì)的技巧還有做人的道理。每次和老師的交流的時(shí)候他總是很和藹，讓人很容易接觸。我最要感謝的是，在我學(xué)習(xí)過程中曾經(jīng)給我?guī)椭椭笇?dǎo)的所