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(gè)基本的物理量,它是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(qiáng)電磁干擾、易燃、易爆等惡劣環(huán)境下,對(duì)溫度的測(cè)量要求越來(lái)越高。同時(shí),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(diǎn)。相對(duì)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(jiǎn)單、成本較低、適合批量生產(chǎn),因此在各個(gè)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

2、
　　 本文設(shè)計(jì)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(jī)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(shí),F-P腔的腔長(zhǎng)將會(huì)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(zhǎng)的變化將會(huì)導(dǎo)致其輸出光強(qiáng)的變化,因而,只需檢測(cè)出F-P腔輸出光強(qiáng)的變化,即可得出待測(cè)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(duì)F-P傳感腔的初始腔長(zhǎng)、光纖端面反射率的選取進(jìn)行了計(jì)算與優(yōu)化設(shè)計(jì),確定出當(dāng)F

3、-P腔的工作區(qū)間為λ/8,初始腔長(zhǎng)選取在mλ+λ/16時(shí),傳感器具有最佳的溫度響應(yīng)特性；并用軟件ANSYS對(duì)傳感器的理論模型進(jìn)行仿真與分析。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下,通過(guò)相位解調(diào)法準(zhǔn)確地測(cè)量出F-P腔的初始腔長(zhǎng),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(guò)對(duì)前置放大電路的噪聲分析以及對(duì)各種元器件的合理選擇,設(shè)計(jì)了一種對(duì)傳感器輸出的微弱光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理電路,利用單片機(jī)AT89C5

4、1對(duì)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(duì)信號(hào)數(shù)字濾波、單位轉(zhuǎn)換以及上下限報(bào)警等處理,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和動(dòng)態(tài)顯示。
　　 最后詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)方法,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了誤差分析以及提出相應(yīng)地解決方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)待測(cè)溫度變化范圍為0℃～100℃時(shí),F-P腔的腔長(zhǎng)近似線性變化,相應(yīng)的靈敏度為0.161V/℃；在0℃～70℃間測(cè)得誤差為0.25℃；在8