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荧光光纤温度传感器的研究

王冬生  
【摘要】:许多测温场合条件特殊,对温度的测量可能造成一些实际的困难,在寻求温度传感器的其他替代手段的所有研究活动中,荧光光纤温度传感器以其抗电磁干扰、体积小、传输损耗低、耐腐蚀等优点正日益受到重视。本文主要进行了如下的研究工作: (1)基于光致发光理论论述了荧光材料发光机理,阐述了几种常用的荧光材料及其特性,在此基础上选择与之匹配的激励光源。 (2)论述荧光测温法的基本原理及特点。根据红宝石晶体的荧光特性,合理选择激发光源、滤光片及光电探测器。对光源-光纤、光纤-探测器耦合效率进行分析。 (3)在时域和频域上进行了微弱荧光信号的寿命检测的研究。时域法包括时间法、积分法、数据拟合方法等。着重介绍了几种荧光寿命的测量方法:相位和调制测量,快速傅立叶变换法,加权对数法,并通过仿真实验对几种方法进行了对比。 (4)提出一种利用锁相环技术测量荧光寿命的方法。该方案具有锁相环路的特点,它利用相敏检波与调制技术,把荧光寿命转换成周期性输出信号,且荧光寿命与周期成正比。 (5)提出了一种基于荧光寿命的双通道的光纤温度传感器,采用与调制荧光信号相关的双光源相位锁定测量方案,以实现荧光寿命在无激励光干扰情况下的实时测量。设计了微弱信号检测装置如:光电探测器、滤波器、延时电路、除法电路、锁相环电路以及单片机等。实验证明该系统具有较高的温度分辨率和灵敏度。


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