光纤传感器应用与控制设计

1、泰山学院本科论文光纤传感器的应用及控制设计杨大伟这个专业叫做电子信息科学与技术。学士学位申请的工程学科鲁静，教练的名字和头衔一年中的月日摘要光纤传感器测温系统在工业生产、科学研究等领域有着广泛的应用前景，尤其是具有智能功能的光纤测温系统。开发一种具有显示、存储、时钟、参数输入和总线功能的智能光纤传感测温装置和系统具有重要的工程实践意义。本文以电力系统高压设备SF6气体温度在线监测的实际应用为背景，设计并研究了一种智能光纤传感器测温应用系统。首先，介绍了光纤测温的物理基础，详细讨论了光纤测温系统中主要部件的特性，包括光纤的传输特性和物理特性。根据实验条件，合理选择光纤信号、光电池探测器、发光二极

2、管光源和光纤耦合方式。讨论了温度测量中光纤液体温度测量的原理，并对设计方案进行了优化和分析。基于CAN通信总线智能温度测量仪，设计了一种智能光纤传感器温度测量应用系统。实验结果表明，该系统的测量精度误差小于10 OC。整个温度测量系统重复性好，结果简单，抗干扰能力强。相信智能光纤温度传感器系统在一些特殊的温度测量领域会有广阔的应用前景。关键词：光纤，传感器，智能，温度测量摘要光纤温度传感器系统在工业生产和科学研究等领域有着广阔的应用前景，特别是具有光纤温度测量系统的智能能力。在工程实践中，开发一种智能光纤温度传感装置和系统的显示、存储、时钟、参数输入和总线功能非常重要。本研究是以高压电力系统设

3、备SF6气体温度在线监测的实际应用为背景，设计一种智能光学温度传感器的应用。论文首先介绍了光纤测温的物理基础，详细讨论了系统的主要组成部分，包括光纤传输特性和物理特性。根据实验条件，合理选择光纤信号、光电探测器、发光二极管光源和光耦合方法。讨论了测温用液体的光纤测温原理，并对设计进行了优化。利用CAN通信总线智能温度测量仪，在此基础上设计了一种智能光纤温度传感器应用。表明该系统测量精度小10 10C，测温系统具有测试重折叠，结果简单和抗干扰能力强等特点。我相信智能光纤温度传感器系统将在某些特定的温度测量领域有潜在的应用关键词：光纤，传感器，智能，温度测量目录导言2导言21.1.1课题2的研究意

4、义1.1.2项目研究的实践背景31.2光纤传感器的研究现状和发展趋势31.2.1国外光纤传感器的研究现状31.3本文的主要研究内容52光纤传感原理和传感特性52.1光纤传感的原理和分类52，2光纤传感器的应用73光纤温度传感器8的原理与设计3.1光纤温度测量原理83.2光纤液体温度测量的基本原理103.2.1理由103.2.2液体的温度特性113.2.3包层折射率变化的光纤温度传感器的原理123.3光提取检测处理133.3.2光纤143.3.3光电探测器153.3.4信号检测电路153.4本章概述17参考文献18谢谢你191.介绍1.1导言随着信息社会的发展，传感器技术作为一种高科技信息技术，

5、发挥着重要的作用。早在20世纪80年代，美国就认为世界已经进入了传感器时代。美国将传感器技术列为十大技术，中国也将传感器技术列为“七五”和“八五”科技攻关项目。光纤传感器是一种新兴的传感技术。它是科技工作者应用光纤通信和集成光学技术及其发展的结晶。光纤传感器已被列为现代传感器技术的发展方向之一，并在理论和应用方面投入了大量的研究工作。特别是近年来，其发展速度极快，显示出巨大的发展潜力，受到一些先进工业国家政府和科研机构的高度重视。光子技术是光子学和电子学的结合。光子作为信息载体，在速度能力、空间能力、响应速度和并行处理能力方面具有电子所不具备的优势。近20年来，基于光子传输和处理技术的光纤传感

6、器应用技术逐渐成为各国研究的热点。该技术属于十光子技术的研究和应用范围，是光纤、半导体器件和光通信技术联合发展的产物。随着社会经济和科学技术的飞速发展，整个电力系统对高质量、高可靠性的供电提出了越来越高的要求。逐步实现电力系统配电自动化、电气化和智能化，提高整个配电系统供电可靠性的社会和经济效益十分明显。然而，传统的测量方法已经不能满足电力系统的要求。光纤测量技术以其独特的性能广泛应用于电力系统。与传统方法相比，光纤技术在电力系统中有其独特的优势。正是这些特点使得它在这个领域不可替代。1.1.1项目的研究意义六氟化硫(SF6)因其良好的电气性能和稳定的化学结构，广泛应用于十大高压、大容量、高参

7、数电气设备。随着SF6高压电器数量的不断增加和SF封闭式组合电器系统的广泛应用，如何正确进行SF6气体浓度监测是一个亟待研究的问题。光纤SF6气体密度测量是SF6气体密度测量的一个重要研究方向。光纤SF6气体密度测量有许多独特的优点。近年来，其在高压配电开关、高压配电设备、大功率变送器以及高压电缆安全保护领域的应用受到了广泛关注。该系统提出的用于SF6气体在线监测的光纤传感器及其系统，对于实时提供气体密度信息具有重要的理论意义和实用价值。这个系统是根据“基数10”的含义来研究的。由于气体密度与气体压力和环境温度之间的重要关系，开发智能温度传感器系统尤为重要。1.2光纤传感器的研究现状和发展趋势

8、1966年，英国高锟、霍克潘等人首次提出用玻璃纤维传输光信息，为光纤通信和光纤传感技术奠定了理论基础，引起了学术界和工业界的极大兴趣，也推动了光纤制造技术的研究和发展。1970年，美国康宁公司的迪克、艾雷因斯等人首次制造出低损耗(20dB/km)的应时光纤。随后，光纤逐渐广泛应用于光通信等领域。同时，人们逐渐意识到光纤的许多特性可以用来测量物理量美国是光纤传感器研究起步最早、水平最高的国家。它在军事和民用领域的应用取得了迅速的进展。在军事应用方面，他们的研发主要包括：水下探测光纤传感器、10米空中监测光纤传感器、光纤陀螺仪、10米核辐射探测光纤传感器等。这些研究由美国空军、海军、陆军和国家航空

9、航天局(美国航天局)的相关部门进行，并得到许多大公司的资助。美国也是第一个在10个民用领域使用光纤传感器的国家。例如，光纤传感器用于监控电力系统的电流、电压、温度和其他重要参数，监控桥梁和重要建筑的应力变化，以及检测肉类和食品中的细菌和病毒。美国的许多大学、研究所和公司都开展了光纤传感器的研究和开发，如斯坦福大学、弗吉尼亚理工大学、babocackwi1cox公司、accuflb:公司、Fidber street Elamies公司、EOTcc公司、光学技术公司等。据统计，自1993年以来，美国光纤传感器的总销售额每年增长30-40%，到2000年达到100亿美元。最近的调查结果显示，美国光纤

10、传感器的研发重点已经转移到民用领域，民用光纤传感器的产量已经大大超过军用传感器。日本和西欧国家也非常重视并投入大量资金研发光纤传感器。冈本在20世纪80年代制定了“光学控制系统应用计划”。该计划的目标是在10个大型发电厂中使用光纤传感器，以解决在强电磁干扰和易燃易爆环境等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程控制问题。20世纪90年代，东芝、神户电气等15家公司和研究机构开发了12种一级民用光纤传感器，其中最具代表性的是波长扫描光纤温度传感器。它是一个光纤传感器网络系统，能够对分散在工厂各个地方的信息进行有序处理，并以全光方式进行采集。该网络设备可连接1000多个传感器，数据更新周期不到1个湖南

11、秒。该网络系统不使用电气设备，安全防爆。特别适用于十家炼油厂和化工厂的各种过程控制系统。该系统实际上是高新技术的结合，如光纤材料、光纤传感器和计算机网络。其产品在国际市场上具有广阔的发展前景。西欧国家的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争，包括英国标准电信公司、法国汤姆森公司和德国西门子公司。1.2.2中国光纤传感器的研究现状我国在20世纪80年代后期开始了光纤传感器的研究，其起步时间与国际相差不远。目前，清华大学、华中科技大学、武汉科技大学、重庆大学、哈尔滨工业大学、核工业第九研究所、1426电子工业研究所等单位已有数百家。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、检流计

12、、位移计等领域做了大量的研究。并取得了数百项科研成果，其中相当一部分研究成果具有较高的实用价值，有的达到了世界先进水平。每年也有许多论文发表和专利申请。然而，与发达国家相比，我国的研究水平还存在很大差距，主要是在商业化和产业化方面。大多数品种仍处于实验室开发阶段，无法投入大规模生产和工程应用。1.3本文的主要研究内容(1)研究了光纤测温系统中主要部件的特性，包括光纤的传输特性。发光二极管灯的特性(2)设计了智能光纤温度传感器系统，提出了温度测量方案，并分析了方案的可行性。还讨论了用于温度测量的光纤液体温度测量原理。目的是证明这个方案是最合理的。给出了发光二极管光源驱动电路的设计。(3)从采集的实验数据中提取一组数据并进行处理，得出该系统消除了温度对测量系统的影响。该系统精度高、实时性好、抗干扰能力强。2光纤传感原理和传感特性2.1光纤传感的原理和分类通用光纤传感系统包括发射部分、