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《武汉理工大学》 2013年
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荧光寿命型光纤温度传感器的性能与实验研究

徐钰山  
【摘要】:荧光光纤温度传感技术是现阶段光纤测温领域中的热点研究方向之一。它具有抗电磁干扰、体积小、寿命长、耐腐蚀等优点,同时也存在光纤和光源的选取、检测电路设计、传感单元制作工艺和系统成本高等问题。其中,选择传输光纤与降低系统成本的矛盾比较突出。此外,如何提高荧光耦合效率也是一个重要的研究目标。 基于荧光寿命测温机理,论文主要对光耦合效率的提高、荧光寿命检测的算法和实验系统的设计与实现3个方面进行系统研究。 光耦合效率提高方面:实验验证红粉在365.6nm激发时可以得到最强的发射峰(EM=629.7nm);提出采用62.5/125μm多模光纤作为传输介质;选取近紫外可见光LED作为激发光源,采用5000目砂纸对LED进行精细打磨,打磨后的LED端面入纤光功率较未打磨前提高2.77倍;提出光纤端面熔球可以作为球形自聚焦透镜的理想模型,实验耦合效率提高82.36%。 荧光寿命检测算法方面:基于统一的单指数衰减模型,重点对最小二乘法、积分面积比值法、FFT和L-M法的荧光余辉曲线拟合检测算法进行仿真数据的方差分析,实验采用时域法的最小二乘法检测计算荧光寿命;对基于方波的荧光寿命锁相检测法进行理论和MATLAB仿真分析,指出其在处理单指数余辉衰减模型上的潜力。 实验系统的设计与实现方面:选用PDA100A-EC光电探测器和安捷伦数字示波器,较好地滤除噪声信号和非探测区间的光源信号;采用透射式模型搭配温控腔完成测量,验证了荧光寿命与温度对应关系;对整个系统进行了实验研究,实现17-77℃的连续测温,测温精度在士1.3℃以内。 论文主要创新点有:选取普通多模光纤作为传输介质,一定程度上降低了成本;采用光纤端熔球作为光源耦合和荧光传感单元,明显提高了荧光耦合效率。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP212.11

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