光纤传感器应用与控制设计

/泰山学院本科毕业论文光纤传感器应用和限制设计杨大伟2006080174专业名称电子信息科学和技术申请学士学位所属学科工科指导老师姓名、职称 鲁晶 年月日摘要光纤传感器测温系统在工业生产和科学探讨等领域有着广泛的应用前景，特殊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特别重要的意义。本文就是探讨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，设计探讨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，具体论述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以及物理特性.依据试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。并对温度测量所采纳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。试验结果表明，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，结果简洁和抗干扰实力强等优点。信任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袤的应用前景。关键词:光纤、传感器、智能化、温度测量ABSTRACTFiberOpticTemperatureSensorSystemhavebroadapplicationprospectsintheareasofindustrialproductionandscientificresearchandsoon,especialyhavingtheintelligencecapabilitiesoffiberoptictemperaturemeasurementsystem.Itisveryimportanttodevelopakindofdisplay,memory,clock,parameterinputandbusfunctionalcapabilitiesoftheintelligentopticalfibertemperaturesensingdevicesandsystemsinengineeringpractice.Thisstudyisonthebackgroundofthehigh-voltagepowersystemequipmentSF6gastemperatureforthepracticalapplicationofon-linemonitoringtodesignanintelligentopticalsensortemperatureapplications.Thepaperatfirstintroducesthephysicalbasisofopticalfibertemperaturemeasurementanddiscussesindetailthemaincomponentsofthesystem,includingthefibertransmissioncharacteristicsandphysicalproperties.Accordingtotheexperimentalconditions，Ireasonablechoosethefiberopticsignal,photovoltaicdetectors,LEDlightsourceandopticalcouplingmethods.AndIdiscussthefiberoptictemperaturemeasurementprincipleoftheliquidusedbytemperaturemeasurements,thenIoptimizethedesign.UsingtheCANcommunicationbusintelligenttemperaturemeasuringinstruments,onthisbaseIdesignanintelligentfiberoptictemperaturesensorapplications.Itshowsthatthesystemofmeasurementprecisionofasmall1010C,thetemperaturemeasurementsystemwiththetestre-Refolding,andtheresultssimpleandanti-jammingcapabilityandsoon.IbelievethattheintelligentfiberoptictemperaturesensorsystemwillhavepotentialapplicationsinthefieldofsomeparticulartemperaturemeasurementKeywords:opticalfiber,sensor,intelligent,temperaturemeasurement书目1.绪论 21.1引言 2课题的探讨意义 2课题探讨实际背景 31.2光纤传感器探讨现状及发展趋势 3国外光纤传感器的探讨现状 31.3本文的主要探讨内容 52光纤传感原理及传感特性 52.1光纤传感原理及分类 52,2光纤传感器的应用 73光纤温度传感器的原理和设计 83.1光纤温度测量原理 83.2光纤液体测温的基本原理 10基本原理 10液体的温度特性 11包层折射率变更的光纤温度传感器原理 123.3光提取检测处理 13光导纤维 14光探测器 15信号检测电路 153.4本章小结 17参考文献 18致谢 191.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年头，美国就认为世界已进入传感器时代，口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探讨工作，尤其是近几年，它的发展异样快速，显现出巨大的开发潜力，受到一些工业先进国家政府和探讨单位的高度重视。光子技术是光子学和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、并行处理实力等方面具有电子所不具备的优越性。近二十年来，以光子传输和处理技术为基础的光纤传感器应用技术渐渐成为各国探讨的热点，该技术属十光子技术的探讨和应用范围，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、高牢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牢靠性，其社会效益和经济效益都是特别明显的。但是，常规的测量方法已经不能满意电力系统的要求。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行替代的用途。课题的探讨意义六氟化硫(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探讨的问题。光纤SF6气体密度的测量是SF6气体密度测量的一个重要探讨方向，光纤SF6气体密度测量具有很多独特的优点。近年来，它在高压配电开关、高压配电设备、大功率变送器、高压电缆区域的平安爱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，实时供应气体密度信息有着重要的理论意义和好用价值。本系统正是基十这个意义之上探讨的，因为该气体的密度和气体的压力环境温度的重要关系，所以探讨出一个具有智能化的温传感器系统就显的特别的重要。1.2光纤传感器探讨现状及发展趋势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爱好，也推动了光纤制造工艺的探讨发展;1970年美国康宁公司的D.B.Keck,A.R.Yynes等人领先制造了低损耗(20dB/km)石英光纤，随后光纤在光通讯等领域渐渐得到了广泛应用，同时人们渐渐意识到利用光纤的很多特性可以进行物理量的测量:70年头中期光纤传感器一经出现，就受到各国有关探讨部门和产业界的高度重视。国外光纤传感器的探讨现状由十光纤传感器应用的广泛性及其广袤的市场，其探讨和开发在世界范围内引起了高度的重视，各发达国家更是竞相探讨开发并引起激烈的竞争。美国是探讨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，其进展都特别快速。在军事应用方面，他们探讨和开发主要包括: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。这些探讨都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NASA)的有关部门负责，并得到很多大公司的资助。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更，检测肉类和食品的细菌和病毒等。美国的很多高校、探讨单位和公司都开展了光纤传感器的探讨和开发，如斯坦福高校、弗吉尼业理工高校、Babock&Wi1cox公司、Accuflbe: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，美国光纤传感器的探讨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探讨和开发。口本在80年头便制定了“光控系统应用安排”，该安排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中的信息测量、传输和生产过程的限制。90年头，由东芝、口本电气等15家公司和探讨机构，探讨开发出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。由十该网络系统不运用电气器件，平安防爆，特殊适合十炼油厂、化工厂的各种过程限制系统。该系统事实上是集光纤材料、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袤发展前景。西欧各国的大型企业和公司也主动参和了光纤传感器的探讨和开发和市场竞争，其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。国内光纤传感器的探讨现状我国在}o年头末就起先了光纤传感器的探讨，其起步时间和国际相差不远。目前己有上百个单位在这一领域开展工作，如清华高校、华中科技高校、武汉理工高校、重庆高校、哈尔滨工业高校、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探讨，取得了上百项科研成果，其中相当数量的探讨成果具有很高的好用价值，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。但和发达国家相比，我国的探讨水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处十试验室研制阶段，不能投入批量生产和工程化应用。1.3本文的主要探讨内容(1)探讨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，依据试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，并巨对采纳方案的可行性进行了分析。并对温度测量所采纳的光纤液体温度测量原理加以论述，目对采纳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)从采集的试验数据中抽取一组数据进行了处理，得出该系统消退了温度对测量系统的影响。验证了系统的精度高，实时性好和抗干扰实力强等特性。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放射部分、传输部分、接收部分。放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。传输部分把放射部分发出的光传送到接收部分。放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。随着光纤技术的探讨和开发的不断深化，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行缺少的部件。在光纤测量系统中，光源为光纤传感器供应必需的载波。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，光源的谱宽确定材料的色散大小。在光纤衰减测量中，光源的中心波长确定光纤衰减量。因此，在光纤特性及其参数测量中，要依据测量的目的，来选择不同的光源和光探测器。从广义上讲，凡是采纳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更调制成光参数变更，并由光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更来检测出待测信号。若将光看成简谐振荡的电磁波，则其电场重量可表示为因此，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，依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。光纤传感器依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。非功能型光纤传感器对光纤要求不高，一般结构简洁，牢靠性好，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，故简洁产生附加损耗。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、形态、折射率等参数发生变更，从而使光纤中传输的光强度、相位、偏振态等发生变更。为了使传感光纤对待测信号敏感而对环境参数的变更不敏感，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辨别率。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光纤传感器的应用光纤传感器的应用范围很广，儿乎涉及国民经济的全部重要领域和人们的日常生活，尤其可以平安有效地在恶劣环境中运用，解决了很多行业多年来始终存在的技术难题，具有很大的市场需求。卞要表现在以下儿个方面:(1)我国运用高温传感器每年要消耗儿十亿元，传统运用铅佬兹热电偶来测量高温，寿命短，成本高，而目在工业生产中须要停产来更换热电偶，严峻影响了生产。20世纪80年头美国提出访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，探讨和开发测量精度高、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，须要测定温度、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，无法在这些场合中运用，只能用光纤传感器。日前防雷抗十扰己经成为我国大坝平安监测自动化中最为棘乎的问题。光纤传感器的运用为彻底解决防雷抗十扰的问题创建了条件。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，将使其具有特别广泛的应用潜力。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辨别率n.i℃的温度传感器、精度达0.02的位移计、0.1%F.S.的压力传感器等己胜利应用于水利工程。国内此方面的探讨和研制也己起步。(3)在石油化工系统、矿井、大型电厂等，须要检测氧气、碳氢化合物,CO等气体，采纳电类传感器不但达不到要求的精度，更严峻是会引起平安事故。因此，探讨和开发高性能的光纤气敏传感器，可以平安有效地实现上述检测。(4)在环境监测,临床医学检测、食品平安检测等方面，由于其环境困难，影响因素多，运用其它传感器达不到所须要的精度，并目易受外界因素的干扰，采纳光纤传感器可以具有很强的抗十扰实力和较高的精度，可实现对上述各领域的生物量的快速、便利、精确地检测。日前，我国水源的污染状况严峻，临床检验、食品平安检测乎段比较落后，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和设计3.1光纤温度测量原理现已研制胜利的光纤温度传感器，传光型把光的强度(汲取、热辐射、折射率变更、散射)、波长(荧光、光致发光)、偏振面(双折射)、时间变更(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。传光型和传感型相比，虽对温度检测的灵敏度较差，但调制原理和结构相对简洁，工艺成熟、性能牢靠、成本低。但有时间路调整或光纤和温敏材料的连接、祸合困难。其中利用荧光汲取、热辐射的光纤温度传感器己达到好用水平。传感型光纤温度传感器的灵敏度高，但对温度以外的压力、振动等机械量的变更很敏感，因此提高牢靠性是今后有待探讨的课题。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更而变更的特性，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和光纤祸合起来，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更进行测量。由十环境温度变更，光纤芯径的尺寸或折射率发生变更，因而引起光纤传输光的局部特性随温度而变更。当光在这样的光纤中传输时，其强度会受到环境温度的变更而被调制。利用这种原理制成的温度传感器虽然结构简洁，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更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，四周环境温度、压力的微小变更会引起偏振光的偏振间的旋转。偏振面变更能够通过光学的检偏器进行检测。采纳这种方法测温，灵敏度高，但也有致命的弱点，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更的影响。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确定。传光型光纤温度传感器可分为:(l)运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和光纤连接，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100C-450C范围变更，液晶的颜色由绿色向深红色变更，光纤传感器就是利用由液晶颜色变更而产生的液晶反射率变更这一特性质制成的。通常，传光型光纤传感器运用多模光纤，因为这种光纤接收到的光信号强。半导体晶格汲取型温度传感器的结构是把半导体晶体制成面积为1mm2、厚度为0.2--O.Smm的薄片，在片子的两侧固定上光纤，用不锈钢管爱护[}}，GaAs和CdTe等半导体晶体，在波长为0.9um旁边存在一个光谱汲取端，fu汲取端的波长具有随温度变更的性质f}l_fl}l假如汲取端的温度特性和光源的光谱特性进行比较，依据所测得的光的汲取量可以测定温度。双金属型光纤温度传感器也是属十传光型温度传感器。光纤涡轮番量计也属十传光型传感器。在涡轮番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，就组成最简洁的光纤流量传感器[}ao}。光探测器接受旋转脉冲信号，依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实力，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，光纤集光实力的大小都和纤芯和包层的折射率有关，在肯定条件下，ni和n:的差异越大，数值孔径就越大，光纤的集光实力就越强。假如将光纤包层剥掉，用以折射率随温度变更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限制光纤的损耗，从而可以变更光纤输出的光功率，这样就把光纤的输出功率和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。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。在高校物理试验中都开谈有用不同方法和不同仪器测定物质折射率的试验。但基本人都是测物质折射率随波长的变更。在中学或高校物理教学中，学生对折射率的了解也都是侧重十折射率和波长的关系。这就使得学生对折射率这个物理参数相识得不够全面。事实上，物质的折射率不但和它的分子结构和光线的波长有关，而且和物质的密度有关，随温度、压力等因素而变。历史上有不少科学家在理论和试验上探讨过折射率和其密度的关系。牛顿就是第一位提出这两者关系的科学家。理论提出:在物质的原子组成肯定时，折射率随物质密度而变更。探讨表明，大气压的变更，对物质的密度影响甚微，而温度的变更对物质的密度，特殊是对液体的密度有较明显的影响，其缘由是:温度变更引起液体分子间势能和分子间距的变更，因而使密度发生了变更。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更的状况。如图3.1液体折射率随温度变更的曲线所示是液体折射率随温度变更的曲线。图3.1液体折射率随温度变更的曲线由图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上升而下降，并且该变更是线性的。不同的液体随温度变更的速度也不一样，也就是灵敏度不同。液体折射率随温度变更的关系可归纳如下阅历公式:其中α为温度系数，为所用液体在t℃时的折射率。α和所选的材料有关。依据大量的探讨资料表明，对十大多数液体有机化合物，温度每上升一度，折射率减小。但也有某些液体的。不在此范围内。另外，某些液体在沸点旁边的温度区域内，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，肯定要考虑该种液体的沸点温度。本试验采纳机油。包层折射率变更的光纤温度传感器原理我们按图3.2的试验装置对液体温敏材料的折射率温度特性进行了探讨。如图3.3试验装置电路示意图所示是由该试验装置所得的曲线，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。随温度变更，光纤纤芯折射率n1和包层折射率n2随温度变更相对、的变更可以忽视，并巨包层折射率n2随温度变更也是线性的。对十这段温敏介质而言，光在纤芯和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，光在温敏区不满意全反射条件，有部分光溢出纤芯外，随着温度变更，输出功率缓慢变更;当温度到达B点时，，纤芯和包层两介质的光学界面消逝，输出光功率达最小值;在BC段，即，输出光功率随温度上升单调增大，很明显原光纤中在内传输的光在温敏区不能满意全反射条件，而被损耗掉一部分，随着温度的上升，温敏材料的折射率减小，数值孔径变大，即光纤的集光实力变大，损耗减小。从另一角度看，光线全反射的临界角度变小，有更多的光线满意全反射条件，而被传输出去，所以，输出光功率随温度上升单调增大，基本是线性变更的;接着上升温度，使，则原光纤中满意全反射条件，光能无损耗地输出(忽视材料的汲取、散射等)，这时输出功率起先趋向饱和。这时对应CD段。所以不同的温度对应十不同的输出光强，依据实际的环境要求选择合适的液体和工作区域。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，分析了光导纤维光探测器以及信号检测电路.发光二极管驱动电路的设计系统的输出和光源辐射功率是亲密相关的。假如光源本身放射的光功率不稳定，则干脆会给检测带来误差。因此，稳定光源的光功率是特别必要的。一般光源放射光功率的大小都和驱动光源的电压或者电流有关。因此，要使光源稳定，首先必需有一个稳定的光源驱动电路。例如，半导体发光二极管LED的放射光功率在肯定范围内几乎和驱动电流成正比。因此，要使LED的放射光功率稳定，宜采纳恒流驱动电路。图3.4示出了LED的恒流驱动电路。依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，可由稳定的基准稳压管供应。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，温度变更也将引起LED放射功率的变更。采纳数据融合的技术可以消退温度对LED放射功率的影响。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亮度，并且也能加热软化。但要作为光纤芯材料，还必需满意折射率较高、光学性能匀称、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。塑料光纤和玻璃光纤相比，有很多突出的优点，如韧性好、耐冲击、重量轻、制作工艺简洁、价格低等。但其缺点耐热性能差，一般只能在40--80℃的温度范围内运用，只有少数塑料光纤的运用温度可达200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，并且较大，因此，和光源祸合简洁，合效率高。但由十在制造中很难保证光学匀称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，只要运用环境允许，在短距离传光方面，塑料光纤甚至比玻璃光纤更优越。因此，本系统采纳塑料光纤，其纤芯折射率为1.497，数值孔径为0.5。将光纤的包层剥掉，然后将袒露光纤浸入液体温敏材料。袒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，最终选择袒露光纤的长度为十五毫米。光探测器光探测器是光路和电路的连接点，它完成光电转换的功能。由十它供应前置放大器的输入信号，因此它的性能和抗干扰实力对检测信号的影响特别明显。本系统采纳型号为2CR21的硅光电池，它的主要技术指标如表3.1: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和入射光强成正比关系。当光电池输出端短路时，在光通量不太大的状况下，光电流和光通量成正比，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，光电流和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，测量电路采纳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:一路是和压力有关的信号光，另一路是和压力无关的参考光。这两路信号分别由硅光电池转换成和之相应的微电流信号。由十光电流很小，必需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，其电路必需具有足够高的输入阻抗，在电路中我们采纳AD-OP07运放。AD-OP07运放采纳超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