毕业论文：基于法布里-珀罗腔的光纤温度传感器的设计.docVIP

滨江学院 毕业论文(设计) 题 目 基于法布里-珀罗腔的光纤温度传感器的设计 院 系 电子工程系 专 业 电子科学与技术 学生姓名 陈如俊 学 号 20072321045 指导教师 葛益娴 职 称 讲 师 二Ｏ一一 年 六 月 二 日 目 录 1引言 1 2光纤法布里-珀罗腔传感器的基本原理 2 2.1光纤法布里－珀罗传感器结构 2 2.2光纤法布里－珀罗温度传感器的干涉原理－多光束干涉 3 3. 光纤温度传感器的设计 5 3.1 设计结构 5 3.2 模型分析 5 3.3模拟仿真 7 4.解调方法 8 4.1常用解调方法 8 4.1.1强度解调法 8 4.1.2相位解调 9 4.1.3波长解调 11 4.2双波长解调方法 13 4.3数据处理 14 5．GUI界面 15 参考文献 17 基于法布里-珀罗腔的光纤温度传感器的设计 陈如俊 南京信息工程大学电子科学与技术，南京210044 摘要：本文主要阐述了以半导体硅为基底，光纤为核心的温度传感器的设计，详细介绍了以法布里-珀罗腔为理论模型的光纤温度传感器的工作原理，利用半导体硅的热光效应，仿真模拟了该传感器的设计参数，提出了用双波长法解调该传感器，利用Matlab软件设计了一个关于光纤温度传感器温度测量线形拟合直线的GUI界面，结果表明该传感器可适用于煤矿等恶劣环境。 关键词：光纤，光纤温度传感器，半导体硅，热光效应 1引言 由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点，所以近几年来，光纤传感器与测量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向，而新型光纤传感器不外乎有以下特点： （1）光纤传感器具有优良的传光性能，传光损耗很小，目前损耗能达到≤0.2 dB/km的水平。 （2）光纤传感器频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好。 （3）光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。 还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源韦富、抗电磁干扰，抗腐蚀、耐高压、电绝缘性能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低等特点。同时，它还便于与计算机相连，实现智能化和远距离监控。对传统的传感器起到扩展提高的作用，不少情况下能够完成前者很难完成甚至不能完成的仟务。 正是由于光纤传感器具有许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的问题， 故自从它问世以来，就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。 国内外现已有多种光纤辐射高温计,其中比较典型的是中国科学院西安光学精密机械研究所于 1989年12月申请的专利“双波长光纤温度传感器,其由探测光纤连接器、Y型分路集成器、信号处理和显示部分组成 具有结构紧凑体积小、成本低 、性能高等特点。该传感器可用于高温测量 ,相对误差小于1% ,响应速度为0~10um/ms,可调。值得注意的是 ,现已有把红外技术运用于光纤温度传感器 ,研制红外光纤温度传感器。红外温度传感器能在低温区采用辐射式测量 ,这样能简化传感器结构 ,提高测温精度。目前红外温度传感器技术还不十分成熟 ,国内外研究机构正研制开发这种新型传感器。 光纤温度传感器技术领域现今的课题是从改善光纤、光源、检测器电路和制作工艺等方面人手 ,进一步提高传感器的精度、可靠性并降低成本。今后发展方向是研究开发特殊测温要求的温度传感器。特别是3000 ℃ 以上和-250℃以下的超高温和超低温温度传感器并将光纤技术与微处理机相结合 ,发展数字化、集成化和自动化的光纤温度传感器。 2光纤法布里-珀罗腔传感器的基本原理 2.1光纤法布里－珀罗传感器结构 光纤法布里－珀罗传感器（in-line Fabry-Perot interferometer, ILFPI）和同轴直径阶梯式光纤法布里－珀罗传感器（Uni-diameter tailed tapered Fabry-Perot interferometer），其系统工作原理与前两种光纤F-P传感系统相似。在线型光纤法珀传感器的传感头是在两根端面平行的光纤之间焊接一小段空心光纤作为F-P腔实现传感，1995年，J.S.Sirkis等人最早提出这一结构，如图所示，图中在线F-P腔长约90μm，将同直径的空心光纤与传光光纤用光纤熔接机焊接在一起，形成F-P腔，同直径的光纤保证了腔长和焊接的可靠性。另一种在线型一传感头的制作方法将光纤的一端浸入氢氟酸溶液中，使其端面处腐蚀成中空的光纤，再将该光纤端面放入聚氨酯等有机溶剂中成膜，纤芯被腐蚀掉的光纤坑与附着其上的有机膜形成F-P腔结构。