波长调制型光纤传感器课件解析.ppt

* 总体设计: 采用信号调制的方法，并加入比较电路，有效消除测量起始点和外界杂散光的干扰,具有优良的测量重复性。采用10位A/D转换，相对分辨率0.2%，消除外界杂散光的高斯噪声干扰，并能实时地对采样数据进行计算处理，实现六位数码显示。 特点： 该信号检测系统可以实现最小接收光功率为-50dBm的微弱光信号检测，分辨率为0.02dB，准确性好，可靠性高。该检测终端同样适用于其它光通信系统中微弱光信号的实时、准确测量。 信号探测终端 * 光探测器 I/U转换 对数放大 10K滤波 整流滤波 10K本振 8098微机 模/数 比较器 光源A/D 信号探测终端 * 测试获得的液位与实际液位的关系 测试获得的液位10m之内的最大误差为5.2mm，引起误差的原因很多，例如测试仪表的精度，汞的纯度等，理论上的最大测试精度可达0.02%。 * 测试获得的温度与实际温度的关系 终 端 显 示 温 度 实际温度 (℃） 汞包层温度传感器在0~100℃温度范围的测量精度为0.1℃，理论分析的相对测量精度可达0.02%。 * 目 录 前言 汞包层光波导的特性 基于连通器原理的光纤液位传感器 基于汞毛细管温度计测温原理的光纤温度传感器 信号探测终端 结论 * 结 论 汞包层光波导特有的衰耗特性，在光纤传感中具有重要的作用。 光纤液位传感器，安全、测量精度高, 将计算机与其配合检测油面高度将会为油库的监测管理现代化提供一条有效的途径。 光纤温度传感器，探头体积小、重量轻、特性偏差小，具有优良的转换功能。适用于易燃易爆以及油库等危险环境的温度测量，有着极大的应用前景。 信号检测系统中，如果选用最好的LD作光源，高灵敏度的PIN作探测器，采用高精度的电子处理电路，高位数的A/D变换器等，相对测量精度可达0.02%。 * * 包层长度灵活可变的小探头光纤传感器  北京交通大学全光网与现代通信网教育部重点实验室 2010-07-02 裴 丽 * Key Lab of all Optical Network Advanced Telecommunication Network, Ministry of Education, China * Ultra clean laboratory  * * 目 录 前言 汞包层光波导的特性 基于连通器原理的光纤液位传感器 基于汞毛细管温度计测温原理的光纤温度传感器 信号探测终端 结论 * 目 录 前言 汞包层光波导的特性 基于连通器原理的光纤液位传感器 基于汞毛细管温度计测温原理的光纤温度传感器 信号探测终端 结论 * 前 言 光纤传感器是光、电子技术的新结晶，它具有抗化学腐蚀，精确度高、电绝缘、抗电磁干扰、可用在有毒有害、强电磁干扰等恶劣环境中等常规传感器无法比拟的优点。在科研、工业、特别是国防等广阔领域中存在着巨大的应用潜力。 * 利用汞包层光波导作探头的光纤液位传感器和光纤温度传感器，它的突出特点是探头线性度好，强度调制，测量动态范围大，精确度高，结构简单，性能可靠，使用安全。在油库的液位和温度测量中存在着巨大的应用前景。 前 言 * 目 录 前言 汞包层光波导的特性 基于连通器原理的光纤液位传感器 基于汞毛细管温度计测温原理的光纤温度传感器 信号探测终端 结论 * 汞包层光波导的特性 汞是唯一在常温下呈液态的金属，由于金属导体的电导率很大，而且由于电磁波在金属表面发生强烈的反射，进入导体的能量远小于入射波的能量，其结果是金属表面的电场切向分量很小，因此在求解汞包层光波导中的场分布时，如果把金属表面用完纯导体代替并不会引起显著的误差, 而计算却得到简化。 * 汞包层光波导的特性 第一步：假定波导的金属壁面是完纯的，计算完纯波导壁情况下，同轴波导中TM波和TE波的各场分量分布。 第二步：由场分布获得壁面表面电流密度的大小。 第三步：根据计算获得的表面电流密度和壁面电阻，获得TM波与TE波的损耗功率。 第四步：获得金属包层波导中TM波与TE波的传输功率。 * 汞包层光波导的特性 第五步：获得金属包层光波导的衰减常数, 设Ai为第i 个TE模或TM模单独传输时的衰减常数(Jm+1为m+1阶贝塞尔函数；Jm’为阶贝塞尔函数的导数；Kz为传输常数的Z向分量) 。可得： * 汞包层光波导的特性 第六步：获得功率衰减常数(其中，Z为波导长度，Pi为光纤的输入光功率，PO为光纤的输出光功率，Li为第i个TE模或TM模的功率占总功率的比重系数 dB/mm): 通过数值解法，即可获得