光纤传感器应用与控制设计(共23页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上泰 山 学 院本科毕业论文光纤传感器应用与控制设计杨大伟 专 业 名 称 电子信息科学与技术 申请学士学位所属学科 工科 指导教师姓名、职称 鲁晶 年 月 日专心-专注-专业摘 要 光纤传感器测温系统在工业生产和科学研究等领域有着广泛的应用前景，特别具有智能化功能的光纤测温系统。开发一种具有显示、存储、时钟、参数输入及总线功能等功能的智能化光纤传感测温装置及系统在工程实践中具有十分重要的意义。 本文就是研究以电力系统高压装置SF6的气体温度进行在线监测为实际应用背景，设计研究一种智能光纤传感器测温应用系统。文中首先介绍了光纤测温的物理依据，详细论述了光纤温度测量系统中

2、各主要组成部分的特性包括光纤的传输特性以及物理特性.根据实验条件合理的选择了光纤信号、光电池探测器、LED光源及其光纤祸合方式。并对温度测量所采用的光纤液体温度测量原理加以论述，且对设计方案进行了优化分析。利用了CAN通讯总线智能温度测量仪表，在此基础上设计了一个智能光纤传感器测温的应用系统。 实验结果表明，系统的测量精度误差小十OC，整个测量温度系统具有测试重复性好，结果简单和抗干扰能力强等优点。相信该智能光纤温度传感器系统将在一些特殊的温度测量领域具有广阔的应用前景。关键词:光纤、传感器、智能化、温度测量ABSTRACTFiber Optic Temperature Sensor Syst

3、em have broad application prospects in the areas of industrial production and scientific research and so on, especialy having the intelligence capabilities of fiber optic temperature measurement system. It is very important to develop a kind of display, memory, clock, parameter input and bus functio

4、nal capabilities of the intelligent optical fiber temperature sensing devices and systems in engineering practice. This study is on the background of the high-voltage power system equipment SF6 gas temperature for the practical application of on-line monitoring to design an intelligent optical senso

5、r temperature applications. The paper at first introduces the physical basis of optical fiber temperature measurement and discusses in detail the main components of the system, including the fiber transmission characteristics and physical properties. According to the experimental conditions，I reason

6、able choose the fiber optic signal, photovoltaic detectors, LED light source and optical coupling methods. And I discuss the fiber optic temperature measurement principle of the liquid used by temperature measurements, then I optimize the design. Using the CAN communication bus intelligent temperatu

7、re measuring instruments, on this base I design an intelligent fiber optic temperature sensor applications. It shows that the system of measurement precision of a small 10 10C, the temperature measurement system with the test re-Refolding, and the results simple and anti-jamming capability and so on

8、. I believe that the intelligent fiber optic temperature sensor system will have potential applications in the field of some particular temperature measurement Key words: optical fiber, sensor, intelligent, temperature measurement目录1.绪论1.1引言 随着信息社会的发展，传感器技术作为高新信息技术，其重要作用口益显著。早在80年代，美国就认为世界已进入传感器时代，口

9、本将传感器技术列为十大技术之首，我国也将传感器技术列为国家“七五”、“八五”重点科技攻关项目。光纤传感器是世界上兴起的一种新型传感技术，是科技工作者应用光纤通讯和集成光学技术成就，并加以发展的结晶。光纤传感器被列入现代传感器技术发展方向之一，并在理论和应用上投入大量的研究工作，尤其是近几年，它的发展异常迅速，显现出巨大的开发潜力，受到一些工业先进国家政府和研究单位的高度重视。光子技术是光子学与电子学结合而成的技术，作为信息载体的光子在速度容量、空间容量、响应速度、并行处理能力等方面具有电子所不具备的优越性。近二十年来，以光子传输与处理技术为基础的光纤传感器应用技术逐渐成为各国研究的热点，该技术

10、属十光子技术的研究与应用范围，是光纤、半导体器件和光通信等技术结合发展的产物。 随着社会经济和科学技术的高速发展，整个电力系统对高质量、高可靠性的电能供应提出了越来越高的要求。逐步实现电力系统的配电自动化、电气化、智能化，以提高整个配电系统的供电可靠性，其社会效益和经济效益都是非常明显的。但是，常规的测量方法已经不能满足电力系统的要求。光纤测量技术以其特有的性能广泛应用到电力系统中。在电力系统中，光纤技术同常规方法相比，有其独特的优越性。正是这些特性使得它在该领域具有不可替代的用途。1.1.1课题的研究意义 六氟化硫(SF6)因其良好的电气性能和稳定的化学结构被广泛应用十高电压、大容量、高参数

11、电气设备中。随着SF6高压电器的口益增多及SF封闭式组合电器(简称GIS)系统的广泛应用，如何正确开展SF6气体密度监测的工作是一个急需研究的问题。光纤SF6气体密度的测量是SF6气体密度测量的一个重要研究方向，光纤SF6气体密度测量具有许多独特的优点。近年来，它在高压配电开关、高压配电设备、大功率变送器、高压电缆区域的安全保护等方面的应用受到广泛的重视。本系统提出的在线监测SF6气体的光纤传感器及其系统，实时提供气体密度信息有着重要的理论意义与实用价值。本系统正是基十这个意义之上研究的，因为该气体的密度与气体的压力环境温度的重要关系，所以研究出一个具有智能化的温传感器系统就显的格外的重要。1

12、.2光纤传感器研究现状及发展趋势 1966年英国的K.C.Kao, G.A.Hockpam等人首先提出了用玻璃纤维传输光信息，奠定了光纤通讯和光纤传感技术的理论基础，引起了学术界和实业界的极大兴趣，也推动了光纤制造工艺的研究发展;1970年美国康宁公司的D.B.Keck,A.R.Yynes等人率先制造了低损耗(20dB/km)石英光纤，随后光纤在光通讯等领域逐渐得到了广泛应用，同时人们逐渐意识到利用光纤的许多特性可以进行物理量的测量:70年代中期光纤传感器一经出现，就受到各国有关研究部门和产业界的高度重视。1.2.1国外光纤传感器的研究现状由十光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场，其研究和开发

13、在世界范围内引起了高度的重视，各发达国家更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。美国是研究光纤传感器起步最早，水平最高的国家，在军事和民用领域的应用方面，其进展都十分迅速。在军事应用方面，他们研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用十航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用十核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NASA)的有关部门负责，并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用十民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数，监测桥梁和重要建筑物的应力变化，检测肉类和食品的细菌和病毒等。美国的很多大学、研究单位和公司都开展了光纤

14、传感器的研究和开发，如斯坦福大学、弗吉尼业理工大学、Babock& Wi1cox公司、Accufl be:公司、Fidber街Elamies公司、EOTcc公司、Optical技术公司等。据统计，1993年以后，美国光纤传感器的销售总额每年以30-40%的增长速度发展，到2000年达到100亿美元。近期的调查结果表明，美国光纤传感器的研究开发重点己向民用领域转移，民用光纤传感器的产量已大大超过军用传感器。 日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。口本在80年代便制定了“光控系统应用计划”，该计划旨在将光纤传感器用十大型电厂，以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境

15、中的信息测量、传输和生产过程的控制。90年代，由东芝、口本电气等15家公司和研究机构，研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器，其中最有代表性的是波长扫描型光纤温度传感器。它是光纤传感器网络系统，可把分散在工厂各场所的信息进行时序化处理，并以全光方式收集。这种网络装置可连接1000个以上的传感器，其数据更新周期在1湘秒以下。由十该网络系统不使用电气器件，安全防爆，特别适合十炼油厂、化工厂的各种过程控制系统。该系统实际上是集光纤材料、光纤传感器件、计算机网络等高新技术十一体，其产品在国际市场上具有广阔发展前景。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研究与开发和市场竞争，其中包括英国

16、的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。1.2.2国内光纤传感器的研究现状 我国在o年代末就开始了光纤传感器的研究，其起步时间与国际相差不远。目前己有上百个单位在这一领域开展工作，如清华大学、华中科技大学、武汉理工大学、重庆大学、哈尔滨工业大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值，有的达到世界先进水平。每年发表的论文、中请的专利也不少。但与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处十

17、实验室研制阶段，不能投入批量生产和工程化应用。1.3本文的主要研究内容(1)研究了光纤温度测量系统中各主要组成部分的特性包括光纤的传输特性;从理论上分析了LED光源、光探测器、光电池及光纤祸合器的特性，根据实验条件合理的选择了信号光纤、光电池探测器，LED光源及其光纤祸合方式。(2)设计了智能光纤温度传感器系统，提出了温度测量的方案，并巨对采用方案的可行性进行了分析。并对温度测量所采用的光纤液体温度测量原理加以论述，目对采用方案为最合理方案进行了论证。给出了具体的LED光源的驱动电路的设计。(3)从采集的实验数据中抽取一组数据进行了处理，得出该系统消除了温度对测量系统的影响。验证了系统的精度高

18、，实时性好和抗干扰能力强等特性。2光纤传感原理及传感特性2.1光纤传感原理及分类 一般的光纤传感系统包括发射部分、传输部分、接收部分。发射部分把待传输的电信号转换成光信号。接收部分把光信号转换成电信号。传输部分把发射部分发出的光传送到接收部分。发射部分的光源产生光信号，它是信息的载波。接收部分的光探测器检测光信号，并将它变换为电信号形式。光纤传输线等效十一对铜导线，其作用是传输载有信息的光信号。随着光纤技术的研究与开发的不断深入，光纤己从作为通信系统的传输线，发展成为测量系统中的各种传感器。但是，无论是光纤通信系统还是光纤测量系统，光源和光探测器都是不可缺少的部件。在光纤测量系统中，光源为光纤

19、传感器提供必需的载波。被测物理量通过光纤传感器调制光载波的参数(光强、相位、偏振、频率、波长等)，然后由光探测器检测出被调制光波中的有用信号，如图2.1所基本光纤系统组成示。输出图2.1 基本光纤系统组成此外，在光纤特性及其参数的测量系统中，光源和光探测器也起着重要作用。例如，在光纤色散的测量中，光源的谱宽决定材料的色散大小。在光纤衰减测量中，光源的中心波长决定光纤衰减量。因此，在光纤特性及其参数测量中，要根据测量的目的，来选择不同的光源和光探测器。从广义上讲，凡是采用了光导纤维的传感器均可称为光纤传感器。其一般形式利用光纤本身的特性或外加敏感兀件，将外界待测信号的变化调制成光参数变化，并由光

20、纤传输该信息到光电探测器，通过检测被调制的光参数的变化来检测出待测信号。若将光看成简谐振荡的电磁波，则其电场分量可表示为因此，光可以被调制的参数有四个，即:（1）光强度。（2）相位。（3)偏振态(E矢量的方向等)。C4)频率。相应地，根据被调制的参数不同，光纤传感器可以分为四类，即强度调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器。目前大部分光纤传感器属十前二类。光纤传感器根据光纤在传感器中起的作用不同又可分为非功能型光纤和功能型光纤传感器。非功能型光纤传感器是利用外加的敏感兀件对光进行调制，而光纤仅仅作为传光之用，故又称之为传光型光纤传感器。非功能型光纤传

21、感器对光纤要求不高，一般结构简单，可靠性好，现在商品化的光纤传感器大多属十非功能型的。但由十非功能型光纤传感器中，光调制在光纤外进行，故容易产生附加损耗。在功能型光纤传感器中，光纤不仅用作传光，本身又是敏感元件。当待测信号如温度、压力、振动等作用十光纤时，会引起光纤的长度、形状、折射率等参数发生变化，从而使光纤中传输的光强度、相位、偏振态等发生变化。为了使传感光纤对待测信号敏感而对环境参数的变化不敏感，功能型光纤传感器中对所用的光纤要求高，一般均为特殊光纤。功能型光纤传感器的光调制约束在光纤内部，一般具有高的灵敏度和分辨率。大部分相位调制型光纤传感器都属十功能型光纤传感器。2,2光纤传感器的应

22、用光纤传感器的应用范围很广，儿乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。卞要表现在以下儿个方面:(1)我国使用高温传感器每年要消耗儿十亿元，传统使用铅佬兹热电偶来测量高温，寿命短，成本高，而目在工业生产中需要停产来更换热电偶，严重影响了生产。20世纪80年代美国提出使用蓝宝石光纤来制备高温传感器，但价格昂贵，只能应用于特殊场合。因此，研究和开发测量精度高、性能稳定、成本低的光纤高温传感器具有极大的市场需求。(2)在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检

23、测等，由于电类传感器易受强电磁场的十扰，无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。日前防雷抗十扰己经成为我国大坝安全监测自动化中最为棘乎的问题。光纤传感器的使用为彻底解决防雷抗十扰的问题创造了条件。尽竹光纤传感器在国内水利工程上的应用尚处于起步阶段，但由于具有其他传感器无法比拟的优越性，将使其具有十分广泛的应用潜力。加拿大一公司开发的能用于水利工程的传感器己十余种目逐步系列化分辨率n. i的温度传感器、精度达0. 02的位移计、0. 1% F. S.的压力传感器等己成功应用于水利工程。国内此方面的研究和研制也己起步。(3)在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物,CO等气体，采

24、用电类传感器不但达不到要求的精度，更严重是会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。(4)在环境监测,临床医学检测、食品安全检测等方面，由于其环境复杂，影响因素多，使用其它传感器达不到所需要的精度，并目易受外界因素的干扰，采用光纤传感器可以具有很强的抗十扰能力和较高的精度，可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确地检测。日前，我国水源的污染情况严重，临床检验、食品安全检测乎段比较落后，光纤传感器在这些领域具有极好的市场前景。3光纤温度传感器的原理与设计3.1光纤温度测量原理 现已研制成功的光纤温度传感器，传光型把光的强度(吸收、热辐射、折射率变化、

25、散射)、波长(荧光、光致发光)、偏振面(双折射)、时间变化(荧光)等当作温度信号，而传感型则利用相位(干涉)、波长(干涉)、强度(散射)作温度信号。传光型与传感型相比，虽对温度检测的灵敏度较差，但调制原理与结构相对简单，工艺成熟、性能可靠、成本低。但有时光路调整或光纤与温敏材料的连接、祸合困难。其中利用荧光吸收、热辐射的光纤温度传感器己达到实用水平。传感型光纤温度传感器的灵敏度高，但对温度以外的压力、振动等机械量的变化很敏感，因此提高可靠性是今后有待研究的课题。 传感型光纤温度传感器是利用光纤自身所具有的物理参数随温度变化而变化的特性，光纤本身就是敏感兀件。而传光型光纤温度传感器只是利用光纤作

26、为传输光.的信道作用，在光纤的一个端面上，配置上另外的温度敏感器件并与光纤祸合起来，构成光纤传感器。 传感型光纤温度传感器是利用光纤中通过光强的变化进行测量。由十环境温度变化，光纤芯径的尺寸或折射率发生变化，因而引起光纤传输光的局部特性随温度而变化。当光在这样的光纤中传输时，其强度会受到环境温度的变化而被调制。利用这种原理制成的温度传感器虽然结构简单，但是测温效果不好。利用偏振光的偏振面方向随环境温度而变化的性质进行温度的光纤传感器，在单模光纤内，传输一束偏振光时，周围环境温度、压力的微小变化会引起偏振光的偏振间的旋转。偏振面变化能够通过光学的检偏器进行检测。采用这种方法测温，灵敏度高，但也有

27、致命的弱点，即偏振光在光纤传输时，其偏振面方向受其它外界条件的变化的影响。应用传感型的光纤温度传感器测温。通常要受到其它外界条件的干扰。 传光型光纤温度传感器的性能，由作为温度敏感器件的性能决定。传光 型光纤温度传感器可分为:(l)使用电子敏感器件的温度传感器;(2)温度传感器是由温度一光反射率变换器件或温度一光透射率变换器件与光纤连接，并从光纤的一个端面上取出光信号的系统构成。液晶光纤温度传感器就是在光纤一个端面上配置了液晶片，二种液晶材料以适当的比例混合，在10 0C -45 0C范围变化，液晶的颜色由绿色向深红色变化，光纤传感器就是利用由液晶颜色变化而产生的液晶反射率变化这一个性质制成的

28、。通常，传光型光纤传感器使用多模光纤，因为这种光纤接收到的光信号强。半导体晶格吸收型温度传感器的结构是把半导体晶体制成面积为1 mm2、厚度为0.2-O.Smm的薄片，在片子的两侧固定上光纤，用不锈钢管保护， GaAs和CdTe等半导体晶体，在波长为0.9um附近存在一个光谱吸收端，fu吸收端的波长具有随温度变化的性质fl_ fll如果吸收端的温度特性与光源的光谱特性进行比较，根据所测得的光的吸收量可以测定温度。双金属型光纤温度传感器也是属十传光型温度传感器。光纤涡轮流量计也属十传光型传感器。在涡轮流量计的涡轮叶片上设置光反射装置，用一根光纤导入入射光，另一根光纤接受反射光，就组成最简单的光纤

29、流量传感器ao。光探测器接受旋转脉冲信号，根据脉冲信号计数就可检测出转速及流量。3.2光纤液体测温的基本原理3.2.1基本原理 光纤由纤芯、包层和护套二部分组成。对阶跃型光纤，其纤芯折射率ni和包层折射率n:均为常数， n1 >n2。利用光的全反射现象使光能够在光纤中传导。光在纤芯面得以全反射的临界角若以沪表示，则。在光纤技术中，用 数值孔径来表示光纤和包层界集光能力，对子午光线，其数值孔径为:对斜光线的数值孔径为:其中:为轴倾角。由(1> (2)式可见，无论是子午光线还是斜光线，光纤集光能力的大小都与纤芯和包层的折射率有关，在一定条件下，ni和n:的差异越大，数值孔径就越大，光纤

30、的集光能力就越强。如果将光纤包层剥掉，用以折射率随温度变化的液体光敏材料代替包层a一fsil，由纤芯和液体的折射率差来控制光纤的损耗，从而可以改变光纤输出的光功率，这样就把光纤的输出功率与液体的温度联系起来，可由光电探测器件测量光强而达到测温的目的。这就是该温度传感器的测温的基本原理。3.2.2液体的温度特性 折射率是一个重要的物理参数。它反映了物质的光学基本性质。在大学物理实验中都开谈有用不同方法和不同仪器测定物质折射率的实验。但基本人都是测物质折射率随波长的变化。在中学或大学物理教学中，学生对折射率的了解也都是侧重十折射率与波长的关系。这就使得学生对折射率这个物理参数认识得不够全面。实际上

31、，物质的折射率不但与它的分子结构和光线的波长有关，而且与物质的密度有关，随温度、压力等因素而变。历史上有不少科学家在理论和实验上研究过折射率与其密度的关系。牛顿就是第一位提出这两者关系的科学家。理论提出:在物质的原子组成一定时，折射率随物质密度而变化。研究表明，大气压的变化，对物质的密度影响甚微，而温度的变化对物质的密度，特别是对液体的密度有较明显的影响，其原因是:温度改变引起液体分子间势能和分子间距的改变，因而使密度发生了变化。为了获得对折射率更全面的了解.我们通过查阅文献知道液体有机化合物折射率随温度变化的情况。如图3.1液体折射率随温度变化的曲线所示是液体折射率随温度变化的曲线。图3.1

32、 液体折射率随温度变化的曲线由图3.1知液体温敏材料具有负温度系数，即其折射率随温度的升高而下降，并且该变化是线性的。不同的液体随温度变化的速度也不一样，也就是灵敏度不同。液体折射率随温度变化的关系可归纳如下经验公式: 其中为温度系数，为所用液体在t时的折射率。与所选的材料有关。根据大量的研究资料表明，对十大多数液体有机化合物，温度每升高一度，折射率减小。但也有某些液体的。不在此范围内。另外，某些液体在沸点附近的温度区域内，其温度系数较大。因此，在利用液体作为光纤温度传感器的温敏材料时，一定要考虑该种液体的沸点温度。本实验采用机油。3.2.3包层折射率变化的光纤温度传感器原理我们按图3.2的实

33、验装置对液体温敏材料的折射率温度特性进行了研究。如图3.3实验装置电路示意图所示是由该实验装置所得的曲线，整条曲线可以分为AB, BC, CD二部分，对此，不难用前述原理进行说明。温敏介质折射率。随温度变化，光纤纤芯折射率n1和包层折射率n2随温度 变化相对、的变化可以忽略，并巨包层折射率n2随温度变化也是线性的。对十这段温敏介质而言，光在纤芯与温敏材料界面的全反射临界角用表示，则。对应的数值孔径为。AB段对应是，光在温敏区不满足全反射条件，有部分光溢出纤芯外，随着温度变化，输出功率缓慢变化;当温度到达B点时，纤芯和包层两介质的光学界面消失，输出光功率达最小值;在BC段，即，输出光功率随温度上

34、升单调增大，很明显原光纤中在内传输的光在温敏区不能满足全反射条件，而被损耗掉一部分，随着温度的升高，温敏材料的折射率减小，数值孔径变大，即光纤的集光能力变大，损耗减小。从另一角度看，光线全反射的临界角度变小，有更多的光线满足全反射条件，而被传输出去，所以，输出光功率随温度升高单调增大，基本是线性变化的;继续升高温度，使，则原光纤中满足全反射条件，光能无损耗地输出(忽略材料的吸收、散射等)，这时输出功率开始趋向饱和。这时对应CD段。所以不同的温度对应十不同的输出光强，根据实际的环境要求选择合适的液体与工作区域。本传感器的工作区域选在上。3.3光提取检测处理 本小节设计了发光二极管驱动电路的设计，

35、分析了光导纤维光探测器以及信号检测电路.3.3.1发光二极管驱动电路的设计 系统的输出与光源辐射功率是密切相关的。如果光源本身发射的光功率不稳定，则直接会给检测带来误差。因此，稳定光源的光功率是非常必要的。 一般光源发射光功率的大小都与驱动光源的电压或者电流有关。因此，要使光源稳定，首先必须有一个稳定的光源驱动电路。例如，半导体发光二极管LED的发射光功率在一定范围内几乎与驱动电流成正比。因此，要使LED的发射光功率稳定，宜采用恒流驱动电路。图3.4示出了LED的恒流驱动电路。根据运算放大器的性能。因此，流过LED的驱动电流 所以，只要保证恒定，则就能达到恒流驱动的目的。通常，可由稳定的基准稳

36、压管提供。调整电阻Ra的值，就可以调整电路的驱动电流。恒流可以改善LED光源的稳定性。但即使驱动电流恒定时，温度变化也将引起LED发射功率的变化。采用数据融合的技术可以消除温度对LED发射功率的影响。3.3.2光导纤维 塑料光纤是以光学塑料为材料的光导纤维。某些高分子聚合物有类似十玻璃的透明度，并且也能加热软化。但要作为光纤芯材料，还必须满足折射率较高、光学性能均匀、有良好的力学性能和热稳定等条件。因此，真正能用十制造光纤的塑料为数不多，目前只有聚苯乙烯、聚甲基丙稀酸脂、聚碳酸脂、非结晶树脂、硅树脂等。塑料光纤与玻璃光纤相比，有许多突出的优点，如韧性好、耐冲击、重量轻、制作工艺简单、价格低等。

37、但其缺点耐热性能差，一般只能在40-80的温度范围内使用，只有少数塑料光纤的使用温度可达200。此外，抗化学腐蚀和表面耐磨性比玻璃差，易破损，易老化。 塑料光纤的光纤芯直径一般较大，可达0.1 -2mm左右，并且数值孔径也可较大，因此，与光源祸合容易，合效率高。但由十在制造中很难保证光学均匀性损耗较玻璃光纤要大，一般为几百个分贝每千米。 由十塑料光纤具有以上的特点，在光纤广泛的应用中可以用它来补偿玻璃光纤的不足。由十它能传输的光通量较大，很合适用十短距离的照明或监测方面的传光，只要使用环境允许，在短距离传光方面，塑料光纤甚至比玻璃光纤更优越。因此，本系统采用塑料光纤，其纤芯折射率为1.497，

38、数值孔径为0.5。将光纤的包层剥掉，然后将裸露光纤浸入液体温敏材料。裸露光纤的长度对折射率温度特性也有影响。我们选用了变折射率区从几个毫米到二十几个毫米不等的光纤做实验，最终选择裸露光纤的长度为十五毫米。3.3.3光探测器 光探测器是光路和电路的衔接点，它完成光电转换的功能。由十它提供前置放大器的输入信号，因此它的性能和抗干扰能力对检测信号的影响十分明显。本系统采用型号为2CR21的硅光电池，它的主要技术指标如表3.1:3.3.4信号检测电路 光电池作为一个简便易行的光电转换兀件已被广泛应用十光强测量方面，测量时要求输出光电流与入射光强成正比关系。当光电池输出端短路时，在光通量不太大的情况下，

39、光电流与光通量成正比，处十线性区域;光通量较大时，光电流由十载流子复合几率增大而有趋十饱和的现象，光电流与光通量呈非线性关系。另外，线性范围的大小还取决十测量线路的阻值。外阻为零时，可以得到最大的线性范围。州沮的增大使光电池的输出端电压增加，从而使线性范围缩小。因此，测量电路采用零伏偏置电路作为前置放大器。检测电路分析如下。 光纤传感器有两路光信号:一路是与压力有关的信号光，另一路是与压力无关的参考光。这两路信号分别由硅光电池转换成与之相应的微电流信号。由十光电流很小，必须有微电流放大器加以转换放大，如图3.5所示。 对微电流放大器来说，第一级运放要求很高。由十变换电路的输入电流很小，为保证互I-U变换精度，其电路必须具有足够高的输入阻抗，在电路中我们采用AD-OP07运放。AD-OP07运放采用超p工艺和齐纳微调技术，因此具有偏置电小失调电流小、失调电压小、漂移小、开环电阻大等优点，符合I-U转换电路要求。Cl. C2. C3. C4的作用是相位超前校正，抵消了分布电容所引起的相位滞后。但适当减小Cl. C2. C3. C4，可提高放大器的频率响应。两路信号输出到AD-OP07的两端构成差动运放。差动输入电阻和共模输入电阻都