葛小伟毕业论文2

1、南京机电职业技术学院毕 业 设 计(论 文) 题目 光纤温度传感器在SL检查工程生产线上的应用 系部 自动化工程系 专业 检测技术及应用 姓名 葛小伟 学号 G1340126 指导教师 徐念玲 2016 年 4 月 18 日 目录摘要.1绪论.31.1课题来源、意义.51.2国内外研究现状.72.1设计思想.92.2具体实现.112.3结论.132.4致谢.152.5参考文献.17摘要 随着信息时代的到来，计算机、各类智能仪器、机器人等高科技得到了越来越广泛的应用。在信息化时代，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理都需要必不可少的“感觉器官”传感器。计算机被称为“电脑”，传感器被称为“电五官

2、”。信息的获取和处理都离不开“大脑和五官”。作为提供信息的传感技术及传感器倍受重视，进入到了一个飞速发展的新阶段。 传感器种类繁多，其原理也各种各样。传感技术是一门知识密集型技术，它与许多学科相关，传感器技术已经成为各个应用领域，特别是电子信息工程、电气工程、自动控制工程、机械工程等领域中不可缺少的技术。传感技术与信息技术、计算机技术并列称为支撑现代信息产业的三大支柱。如果没有精度高和性能可靠的传感器，没有先进的传感器技术，那么信息的准确获取将无从谈起，信息技术与计算机技术将成为无源之水 .温度是度量物理冷热程度的物理量，许多物理现象和化学现象都是在一定的温度下进行的。温度是作为衡量

3、客观物质世界运动及其存在状态的一个重要物理量，温度信息的获得，可以使人们能够更好地掌握客观世界的内在规律。随着科学技术的发展，各个领域对测温元件的性能和效率提出了越来越高的要求，特别是工业、医学、电力等领域，在有强电磁干扰或易燃易爆的场合下，传统温度传感器便受到很大的限制。 光纤传感器是上世纪70年代中期发展起来的一种新型的传感器，是光纤和光纤通信技术发展的产物。由于光纤具有体积小、重量轻、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、灵敏度高等特点，能完成传统的传感器很难完成或者不能完成的任务。光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、抗电

4、磁干扰等优点，因此，光纤温度传感器是光纤传感器发展的一个重要分支。关键词：信息时代、传感器技术、温度、光纤温度传感器光纤温度传感器在SL检查工程生产线上的应用1.1课题来源、意义：随着电子行业的飞速发展，传感器的应用在电子行业也有了广泛的应用和推广。随着电子行业的飞速发展，传感器的应用在电子行业也有了广泛的应用和推广。光纤温度传感器采用一种和光纤折射率相匹配的高分子温敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纤外面，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，由于这种新型温敏材料受温度影响，折射率发生变化，因此输出的光功率与温度呈函数关系。其物理本质是利用光纤中传输的光波的特征参量，如振幅、相位、偏振态

5、、波长和模式等，对外界环境因素，如温度，压力，辐射等具有敏感特性。它属于非接触式测温。SL检查工程主要承担着产品的检测，主要的技术活有；点灯，雷电修复，仪器的自动修复。光纤温度传感器起到了不可或缺的一部分。1.2国内外研究现状：我国传感器的现状     我国传感器行业虽起步较早,但直到1986年“七五”开始才正式将传感器技术列入国家重点攻关项目,展开以机械敏、力敏、气敏、温敏、生物敏为主的5大敏研究。经过十几年的发展,现已形成了一定规模的产业格局,其特点有:     (1)厂商多,上规模的企业少

6、。     (2)地区发展不平衡。 (3)品种多,档次不高。目前国内共有主要传感器产品1000多种,国产敏感元器件950种,基本涵盖了信息采集的各种领域。但是,水平还处在国际80年代末或90年代初的水平。     (4)生产研发多以大学和研究所为依托,专业公司少。光纤温度传感器的种类很多，还有光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器以及基于弯曲损耗的光纤温度传感器等等，由于其种类很多，应用发展也很广泛，例如，应用于电力系统、建筑业、航空航天业以及海洋开发领域等等。 分布式光纤

7、温度传感器在电力系统行业的发展 光纤温度传感器在电力系统的应用中得到发展，由于电力电缆温度、高压配电设备内部温度、发电厂环境的温度等，都需要使用光纤传感器进行测量，因此就促进了光纤传感器的不断完善和发展。尤其是分布式光纤温度传感器得到了改善，经过在电力系统行业的应用，从而使其接收信号和处理检测系统的能力都得到了提升。 光纤光栅温度传感器在建筑业的发展 光纤光栅温度传感器由于其较高的分辨率和测量范围广泛等优点，被广泛应用于建筑业温度测量工作中。西方很多发达国家都已普遍采用此系统，进行建筑物的温度、位移等安全指标的测试工作，例如，美国墨西哥使用光栅温度传感器，对高速公

8、路上桥梁的温度进行检测。通过广泛使用，光栅温度传感器所存在的问题，如：交叉敏感的消除、光纤光栅的封装等都得到了解决，因而此系统得到了完善。 航空航天业中的应用发展 航空航天业使用传感器的频率较高，包括对飞行器的压力、温度、燃料等各方面的检测，都需要使用光纤温度传感器进行检测，并且所使用到的传感器数量多达百个，所以对传感器的大小和重量要求很严格。因此，基于航空航天业对传感器的要求，光纤温度传感器的体积、重量规格方面都经过了调整。国外研究：    美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是:光纤传感系统;现 代数字光纤控制

9、系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控;民用研究计划。 以上计划仅在1983年就投资12-14亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国 海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等28个主要单位。美国 光纤传感器开始研制最早，投资最大，己有许多成果申请了专利。       英国政府特别是贸易工业部十分重视光纤传感器技术，早在1982年有该部为首成立了英国光纤传感器合作协会，到1985年为止，共有26个成员，其中包括中央电器研究所、Delta控制公司、帝国化学工业公司、英国煤气公司、Tay

10、lor仪器公司、标准电信研究所及几所主要大学。       德国的光纤陀螺的研究规模和水平仅次与美国居世界第二位，西门子公司在1980年就制成了高压光纤电流互感器的实验样机。  未来光纤传感器市场发展潜力巨大，其技术发展的主要方向有:全光纤微型化;多参数、实时化;阵列化、网络化;集成化、多功能化;高精度、实用化.土耳其开发出了一种分布式光纤温度传感器，此传感器的温度分辨率是1，空间分辨率是1.23m。在我国也有很多大学展开了对分布式光纤温度传感器的研究。光纤温度传感器在SL检查工程生产线上的应用几种光纤温

11、度传感器的原理和研究现状 光纤温度传感器按其工作原理可分为功能型和传输型两种。功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性(相位、偏振、强度等)随温度变换的特点, 进行温度测定。这类传感器尽管具有"传"、"感"合一的特点, 但也增加了增敏和去敏的困难。传输型光纤温度传感器的光纤只是起到光信号传输的作用, 以避开测温区域复杂的环境, 对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的。这类传感器由于存在而产生"波长移位"的原理制成光纤光栅温度传感器。1978 年, 加拿大渥太华通信研究中心的 K.O.Hill 等人首先发现掺锗石英光纤的

12、光敏效应, 采用注入法制成世界上第一只光纤光栅(FBG) , 1989 年, Morey首次报导将其用于传感 。 英国 T. allsop 利用椭圆纤芯突变型光纤研制出温度分辨率为 0.9、曲率分辨率为 0.05 的长周期光纤光栅曲率温度传感器 。意大利 A. Iadicicco 利用非均匀的稀疏布拉格光纤光栅(ThFBGs)同时测量折射率和温度, 该传感器的温度分辨率为 0.1, 在折射率1.45、1.33 附近的折射率分辨率分别为 10-5、10-4。中科院海光机所利用光纤光栅的金属槽封装技术将光纤光栅温度传感器的灵敏度提高到 0.02 ; 哈尔滨工业大学把光纤光栅粘贴在金属半管上, 使其

13、分辨率达到 0.04 ; 黑龙江大学光纤技术研究了一种光纤光栅(FBG)的 Ti 合金片封装工艺, 使温度灵敏度达到 0.05 。1.1 光纤荧光温度传感器 光纤荧光温度传感器是目前研究比较活跃的新型温度传感器。荧光测温的工作机理是建立在光致发光这一基本物理现象上。所谓致发光是一种光发射现象, 就是当材料由于受紫外、可见光或红外区的光激发, 所产生的发光现象。出射的荧光参数与温度有一一对应关系, 通过检测其荧光强度或荧光寿命来得到所需的温度的。强度型荧光光纤传感器受光纤的微弯曲、耦合、散射、背反射影响, 造成强度扰动, 很难达到高精度; 荧光寿命型传感器可以避免上述缺点, 因此是采用的主要模式

14、, 荧光寿命的测量是测温系统的关键。美国密西西比州立大学用一种商用的环氧胶做温度指示(含有多环芳烃化合物: PAHs), PAHs 在用紫外光激发时发荧光, 荧光的强度随环氧胶周围温度的升高而减小, 该传感器可监测 20100范围内的温度 。日本东洋大学根据 Tb:SiO2和 Tb:YAG 的光致发光(PL) 谱与温度有关, 将其制成光纤温度传感器。在3001200K 的温度下, Tb:SiO2的 PL 峰值在 540nm 时的光强随温度的升高单调减小, Tb:YAG 晶体的 PL 谱的形状随温度变化 。韩国汉城大学发现 10cm 长的Yb3+、Er3+双掺杂光纤在 915nm 处, 两荧光强

15、度的比值在 20300间与温度成指数关系。这种双掺杂系统对于测量苛刻环境的温度非常有用 。清华大学电子工程系利用半导体 GaAs 材料对光的吸收随温度变化的原理, 研制出测温范围: 0150; 分辨率: 0.5的光。2 几种光纤温度传感器的特点及各自的研究方向 分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器分别具有独特的优点和一定的不足, 因此它们的研究方向不同。(1) 分布式光纤温传感器具有其他温度传感器不可比拟的优点。它能够连续测量光纤沿线所在处的温度, 测量距离在几千米范围, 空间定位精度达到米的数量级, 能够进行不间断的

16、自动测量, 特别适用于需要大范围多点测量的直用场合。目前对分布式光纤温度传感器研究的重点: 实现单根光纤上多个物理参数或化学参数的同时测量; 提高信号接收和处理系统的检测能力, 提高系统的空间分辨率和测量不确定度; 提高测量系统的测量范围,减少测量时间; 基于二维或多维的分布式光纤温度传感器网络。 (2) 光纤光栅温度传感器除了具有普通光纤温度传感器的许多优点外, 还有一些明显优于其它光纤温度传感器的方面。其中最重要的就是它的传感信号为波长调制。这一传感机制的好处在于: 测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响; 避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考

17、点的需要; 能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布喇格光栅进行分布式测量; 很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量。尽管光纤光栅温度传感器有很多优点, 但在应用中还需考虑很多因素: 波长微小位移的检测; 宽光谱、高功率光源的获得; 光检测器波长分辨率的提高; 交叉敏感的消除; 光纤光栅的封装; 光纤光栅的可靠性;光纤光栅的寿命。3 光纤温度传感器的应用 光纤温度传感自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。(1) 光纤温度传感器在电力系统有着重要的应用。 电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控

18、; 高压配电装置内易发热部位的监测; 发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统; 各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断; 火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测; 地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。 (2) 光纤温度传感特别是光纤光栅温度传感器很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量, 因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁安全监测的研究, 并在主要大桥上都安装了桥梁安全监测预警系统, 用来监测桥梁的应变、温度加速度、位移等关键安全指标。1999 年夏, 美国

19、新墨西哥 Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上安装了 120 个光纤光栅温度传感器,创造了单座桥梁上使用该类传感器最多的记录。 (3) 航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等, 所需要使用的传感器超过 100 个, 因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。光纤传感器从尺寸小和重量轻的优点来讲, 几乎没有其他传感器可以与之相比。 (4) 传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的, 光纤光栅传感器是现今能够做到最小的传感器。光纤光栅传感器能够通过最小限度的侵害方式对人体组织功能进行内部测量, 提供有关

20、温度、压力和声波场的精确局部信息。光纤光栅传感器对人体组织的技术相当丰富。对于光纤温度传感器的研究占到将近所有光纤传感器研究的 20%。光纤温度传感器的研究, 除对现有器件进行外场验证、完善和提高外, 目前有以下几个发展动向: 大力发展测量温度分布的测量技术, 即由对单个点的温度测量到对光纤沿线上温度分布, 以及大面积表面温度分布的测量; 开发包括测量温度在内的多功能的传感器; 研制大型传感器阵列, 实现全光学遥测。1.研究目的： 传感器行业的发展已经进入了一个新的时代，网络传感器、生物传感器、纳米传感器等更尖端的传感器已进入国内市场，进入我们的生活。当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、

21、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS 技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。我们有理由相信，传感器这颗璀璨的明珠，必将放射出更加耀眼的光芒2.主要内容及技术： 1光纤温度传感器的基本知识和原理2 光纤温度传感器技术的发展。3 光纤温度传感器技术国内外研究现状4 光纤温度传感器在SL生产线上技术的应用5结论3.研究方法： 调查法，观察法，文献研究法，总结和归纳法等等4.预期成果： 通过社会的不断调查，了解其发展状况及在社会上的应用，找出更好的策略让传感

22、器更好的应用于各个方面。5.论文提纲（或为毕业设计的系统模块）：1：搜集资料，填写开题报告 2：撰写论文提纲 3：撰写材料综述 4：撰写论文初稿 5:撰写论文二稿、三稿 6:答辩资格审查，论文校对打印 7:答辩准备.2.2具体实现毕业设计（论文）进程安排起讫日期设计（论文）各阶段工作内容备 注2015.10-12搜集资料，填写开题报告2015.1-2撰写论文提纲 撰写材料综述2015.2-3撰写论文二稿、三稿2015.4-5答辩资格审查，论文校对打印 .答辩准备2.3结论：与传统的传感器相比，光纤传感器的主要特点是

23、： （1） 抗电磁干扰，电绝缘；本质安全 （2） 灵敏度高 （3） 重量轻，体积小，外形可变 （4） 测量对象广泛 （5） 对被测介质影响小 （6） 可以进行连续分布测量，便于复用，便于成网2.4致谢光阴似箭，日月如棱。三年的时间，在我们漫长的人生旅途中是那么的短暂，但是，这短短的三年是最真诚的青春，是最纯真的岁月，是最美丽的大学生活我们的自学能力在这里得提升，我感谢所有的恩师：是您赋予我们最有意义的收获；是您带领我们走进知识殿堂，使我们不但丰富了知识；是您给我们一个全新的角度去发现美、创造美、欣赏美，给我们美的眼睛去发现世界的美，感悟生活的美；是你教会我们珍惜友谊和时间；是您给了我们看世界的眼睛，是你们用博大的胸怀，给予我们最无私的关怀和奉献。 这在这次的毕业论文中，发挥了我在学校学到的文化知识和技能的应用，也算是我最后一次做学校的作业了，我要感谢我的指导老师，还有我的班主任老师，以及任课老师，感谢他们的教诲，让我知道在社会上懂得怎样去做好自己，端正自己的位置，为社会贡献出我