毕业论文石

中国计量学院

题目：毕业设计（论文）

液态介质光纤温度传感器的研制—电学部分二级学院 信息工程学院 专 业 电子科学与技术 班 级 00电子2 学 号 0032206 姓 名 石 运 昌 指导教师 沈 为 民 2004年 6 月 4 日

摘要

光纤传感技术是上世纪80年代以来的一种崭新的传感技术。光纤传感器具有体积小、灵敏度高、应用范围广、抗电磁干扰、防燃、防爆、安全可靠、能与数据系统耦合、保证数据传送等一系列优点，是信息化时代的重要工具。

光纤温度传感器是用光信号传感和传递被测量信号，由于光纤很容易将微弱的光信号传输到数百米甚至数公里以外的地方，避免了使用电信号可能产生的电火花，所以特别适合油罐、油库、油井、输油管道的火灾报警系统，实现在易燃易爆等特殊环境下的参量的测量。

利用液态介质折射率随温度变化较快的特点可制作光纤温度传感器。本设计要完成光信号的发射、接收和处理电路。针对这种光纤温度传感器的特点，采用高亮度大功率红外LED管脉冲交流调制和双通道对比的光电检测方式；使用PIN光电管来实现I/V变换；为了提高信号检测能力采用低噪声性能良好的元件和同步相关技术（锁相放大）来减少和抑制噪声；利用单片机系统进行分析处理输出的电压信号及控制。

关键词：光纤温度传感器 液态介质 同步相关技术

Abstract

Optical-fiber sensor technology was a recent sensor technology developed in 1980s. It has many advantages, such as small volume, high sensitive, resisting electromagnetic interference, resisting explode, safety and credibility, coinciding with database system, ensure data transmission etc. It is an important facility in information age.

Optical-fiber sensor is an apparatus that use optical signal to transmit the measured signal. For optical fiber sensor can transmit feeble optical signal hundreds meters even a few kilometers, avoiding electric fire caused by electric signal. It adapts to fire alarm system in oilcan, oil warehouse, oil field, oil well and pipe lying. It can measure the parameter in the explosive and flammable environment.

We can make Optical-fiber temperature sensor by using the characteristic that the refractive index of liquid medium change quickly along with the temperature change. In this project we designed the circuit that launch, receive and process optical signal. In allusion to the characteristic of optical-fiber sensor, adopt high luminosity, high-power infrared LED pulse AC modulate, optical and electric detect manner of double channel contract. I/V changing is achieved by using PIN diode. In order to improve the signal detecting ability, we used the low noise and well capability apparatuses. We also use coherent detection technology to reduce and restrain noise. Using single chip microcomputer system to process output signal.

Keywords: Optical-fiber temperature sensor, liquid medium, coherent detection

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目录

1.引言 ............................................................................................................................1 2.光纤温度传感器简介 ................................................................................................3 2.1温度传感器的设计要求 .......................................................................................3 2.2光纤温度传感器分类 ...........................................................................................3 3.液态介质光纤传感器的设计 ....................................................................................4 3.1强度型调制模式和信号检测方法 .......................................................................4 3.2信号检测电路设计改进 .......................................................................................5 3.3光强度的调制方式 ...............................................................................................6 3.4传感器电路设计方案 ...........................................................................................7 3.5LED光源调制及驱动电路设计 .............................................................................9 3.6电路设计中的电噪声分析与抑制 .....................................................................10 3.7光电信号转换电路设计 .....................................................................................13 3.8主放大电路设计 .................................................................................................15 3.9锁相技术在系统中的应用 .................................................................................16 3.10低通滤波的选择与设计 ...................................................................................18 4.关于系统的几点讨论 ..............................................................................................19 4.1双通道系统分析 .................................................................................................19 4.2同步相关放大电路分析 .....................................................................................21 4.3信噪比的改善 .....................................................................................................22 5.系统设计实施方案 ..................................................................................................23 5.1电源电路设计图 .................................................................................................23 5.2系统电路设计图 .................................................................................................24 5.3发光管及光电管与光纤的耦合 .........................................................................25 5.4系统板调试步骤 .................................................................................................25 5.5测量结果和结论 .................................................................................................28 6.结束语 ......................................................................................................................29 参考文献 ......................................................................................................................30 致谢 ..............................................................................................................................31 英文文献 ......................................................................................................................32 文献1 .........................................................................................................................32 译文1 .........................................................................................................................41 文献2 .........................................................................................................................47 译文2 .........................................................................................................................56 中国计量学院毕业设计(论文)任务书 .......................................................................62 中国计量学院毕业设计(论文)开题报告 ...................................................................63 中国计量学院毕业设计(论文)验收情况记录表 ......................................................71 中国计量学院毕业设计(论文)答辩记录表 ...............................................................72 中国计量学院毕业设计(论文)评语表 .......................................................................73

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中国计量学院本科毕业论文

1.引言

随着光导纤维及通讯技术发展，光纤传感技术已成为当今世界各发达国家普遍重视并大力发展的高新技术之一。它与通信技术、计算机技术共同构成了现代信息产业的三大支柱。美国在《空军2000年》报告中列出了15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术，其中传感器被列为第二项，日本科技厅制定的十大科技发展项目中，传感器被排在首位；我国的“863”计划、科技攻关等计划中也将传感器的研究放在重要的位置。因此有人说：“未来的世界是传感器技术的世界”，“如果没有传感器检测各种信息，那么支撑现代文明的科学技术就不能发展，唯有模拟人脑的计算机和传感器的协调发展，才能决定科学技术的将来”！[1]

光纤传感器有着非常广泛的应用领域, 多年来一直是研究热点。传统传感器大多采用电参量测量的方式。在对温度敏感、强电磁干扰的环境下非常容易引发安全问题；另外，其系统结构复杂、温度测量范围精度不高、不能实现时时监控控制等缺点；上世纪70年代以来美国、日本、西德等国相继研制了各种光纤温度传感器。尤其从80年代以来这些国家每年都有光纤温度传感器的专利公开，国外光纤温度传感器已走出了实验室，进入商品市场[2]。光纤温度传感器具有可在高温、化学腐蚀性强、电磁干扰严重、易燃易爆等恶劣的环境下测温的优点。特别是随着红外技术和计算机技术应用于光纤温度传感，这不仅提高了测量的精度，同时还满足了人们对温度实时监控的需要。近年来, 随着半导体激光器的出现, 光电技术的不断发展及光电器件成本的降低, 光纤传感器的研究已成为倍受关注的分支。

对于公共安全生产中防火、防爆等问题，快速准确地知道温度参量，从而建立报警系统实现现代管理。在温度测量方面，传统的检测方法不仅装置落后，而且很不安全，国内外也屡屡发生火灾、瓦斯爆炸等等重大安全生产问题。日本等一些国家已经研制成综合高速传感数据处理系统，而国内在这方面还有待于进一步的开发和完善。

本课题针对这一现状讨论了采用调制光强度的液态介质光纤温度传感。当温敏

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sfx3.html