光纤温度传感器的设计与实现

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光纤传感器系统的设计与应用实践

光纤传感器系统的设计与应用实践

光纤传感器系统的设计与应用实践光纤传感器系统是一种基于光纤技术的传感器系统,通过光纤作为传输介质,利用光的性质来实现对物理量的测量和检测。

光纤传感器系统具有高灵敏度、远程传输、抗干扰等优点,在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。

本文将重点介绍光纤传感器系统的设计原理和应用实践。

光纤传感器系统的设计基本原理是利用光纤的传输和散射特性来感知环境中的物理量变化。

光纤传感器系统通常由光源、光纤、光纤传输模块和检测模块组成。

光源产生光信号,光纤作为传输介质将光信号传输到检测模块进行处理和分析。

根据测量的物理量不同,光纤传感器系统可以分为光纤温度传感器、光纤应力传感器、光纤压力传感器等多个类型。

在光纤传感器系统的设计中,关键是光纤的选择和光纤的布局。

光纤的选择要根据不同应用场景的需求来确定。

一般情况下,我们可以选择具有低损耗和高灵敏度的光纤。

光纤的布局则需要根据实际测量要求和环境条件进行合理设计。

例如,对于温度传感器,我们可以将光纤固定在待测物体上,通过测量光纤长度的变化来推算温度的变化。

光纤传感器系统的应用实践非常广泛。

在工业领域,光纤传感器系统常用于温度、应力、压力等物理量的测量与监控。

例如,在汽车制造过程中,可以使用光纤传感器来监测发动机的温度和应力情况,以确保发动机的正常运行。

在医疗领域,光纤传感器系统可以用于体温、心率等生命体征的监测。

通过将光纤传感器嵌入到医疗设备中,可以实现对患者的实时监测,提高诊断和治疗的效果。

此外,光纤传感器系统还可用于环境监测和安全防护等领域。

例如,在地质勘探中,可以使用光纤传感器来监测地壳的位移和变形情况,预测地震的发生。

在建筑物安全方面,光纤传感器系统可以用于监测建筑结构的变形和破损情况,提前发现并修复潜在的风险。

光纤传感器系统的设计与应用实践还面临一些挑战和改进的空间。

首先,我们需要进一步提高光纤传感器系统的灵敏度和分辨率,以满足更高精度的测量需求。

其次,光纤传感器系统的成本较高,需要寻找更经济实用的生产方法和材料。

光纤温度传感器实验

光纤温度传感器实验

光纤温度传感器实验通常按光纤在传感器中所起的作用不同,将光纤传感器分成功能型(或称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。

功能型光纤传感器使采用单模光纤,不仅在传感器中起到导光作用,而且是传感器的敏感元件。

然而,这种传感器的制造技术难度大,结构复杂,调试困难。

在非功能性光纤传感器中,光纤本身只起到光传输的作用,而不是传感器的敏感元件。

它使用光学材料、机械或光学敏感元件放置在光纤端面上或两条光纤之间,以感受被测物理量的变化,从而使透射光或反射光的强度发生相应的变化。

因此,这种传感器也称为传输环光纤传感器。

其工作原理是:光纤将被测物体辐射的光信号或被测物体反射散射的光信号直接传输到光电元件,实现对被测物理量的检测。

为了获得大量的光接收和传输功率,本传感器中使用的光纤主要是大口径阶梯多模光纤。

光纤传感器结构简单可靠,技术上易于实现,易于推广应用,但灵敏度低,测量精度低。

本实验仪所用到的光纤温度传感器属于非功能型光纤传感器。

本实验仪主要研究导电光纤温度传感器的工作原理和应用电路设计。

在导电光纤压力传感器中,光纤本身作为信号传输线,通过压力、电、光、电的转换实现压力测量。

主要用于恶劣环境。

用光纤代替普通电缆传输信号,可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力和测量精度。

相关参数:1、光源高亮度白色LED,直径5mm2,探测器高灵敏度光敏三极管‘3、光纤:光纤芯直径φ14.温度源压力范围:10-80°C第二章实验指南I.实验目的1、了解并掌握传导型光纤温度传感器工作原理及其应用二、实验内容1.导电光纤温度传感光学系统组装调试实验2。

LED驱动和探测器接收实验3。

导电光纤温度传感器压力测量原理实验3。

实验仪器1、光纤温度传感器实验仪1台2、集成温度传感器1个3、光纤1根4、2#迭插头对若干5、电源线1根四、实验原理图1是光纤温度传感器装置系统框图’光纤温度传感器有两种类型:功能型和传输型。

功能性光纤温度传感器利用光纤本身的特性,直接将光纤作为敏感元件,不仅感知信息,而且传输信息,从而实现光纤温度传感。

光纤温度传感器

光纤温度传感器

光纤温度传感器一、引言光纤温度传感器是一种利用光纤作为传感元件的温度检测设备。

光纤温度传感器的工作原理是基于光纤敏感元件对温度变化的响应,通过测量光纤中的光信号参数来实现对温度的监测和测量。

光纤温度传感器具有结构简单、抗干扰能力强、长距离传输等特点,在工业、科研等领域得到了广泛应用。

二、工作原理光纤温度传感器的工作原理主要基于光纤的热光效应和光纤长度的温度特性。

当光纤受到温度变化时,光纤的折射率会发生变化,从而引起光纤中光信号参数的变化。

利用这种变化,通过检测光信号的特定参数,可以实现对温度的监测和测量。

三、应用领域光纤温度传感器在温度监测领域有着广泛的应用。

其应用领域包括但不限于:1.工业领域:光纤温度传感器可用于工业生产中对温度的监测和控制,如对炉温、熔炼温度等进行实时监测。

2.科研领域:在科研实验中,光纤温度传感器可以准确地监测实验环境中的温度变化,为科学研究提供数据支持。

3.环境监测:光纤温度传感器也可以用于环境温度监测,如对水体温度、土壤温度等的监测。

四、发展趋势随着科学技术的不断发展,光纤温度传感器在精度、便携性、应用范围等方面都将不断提升。

未来,光纤温度传感器有望在医疗、航天等领域得到更广泛的应用,为各行各业提供更为精准和高效的温度监测解决方案。

五、结论光纤温度传感器作为一种新型的温度检测设备,具有结构简单、抗干扰性强等优点,为工业、科研、环境监测等领域提供了实时、准确的温度监测方案。

未来随着技术的不断创新,光纤温度传感器的应用范围将进一步扩大,为人类社会的发展进步带来更多便利和可靠性。

FBG温度传感器(简单设计)

FBG温度传感器(简单设计)

FBG温度传感器——波长调制
1、基本原理
短周期光纤光栅又称为光纤布拉格光栅(FBG)是一种典型的波长调制型光纤传感器这种传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长。

其结构如图所示
基于光纤光栅传感器的传感过程是通过外界参量对布拉格中心波长λB的调制来获取传感
信号,其数学表达式为错误!未找到引用源。

=2n eff A
错误!未找到引用源。

为Bragg波长,A为光栅周期,n为光纤模式的有效折射率。

引起光栅布拉格波长飘移的外界因素如温度、应力等会引起光栅周期A 和纤芯有效折射率的改变。

其中光纤布拉格光栅反射波长随应变和温度的变化可以近似地用方程
其中Δλ是反射波长的变化而λo 为初始的反射波长。

2、传感器结构设计
FBG温度传感器的基本构造如下图所示
光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。

光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理,以获得测量结果,传输光纤用于传输光信号,光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光,光纤光栅反射波长的移动与温度的变化成线性关系,通过解调器测量光纤光栅反射波长的移动,便可确定环境温度T。

由于光纤布拉格光栅周期和纤芯的有效折射率会同时受到应变和温度变化的影响。

当进行温度测量的时候,光纤布拉格光栅必须保持在完全不受应变影响的条件下。

即需要对光纤光栅传感部分进行封装,保证传感部分不受到外界应力的影响。

光纤式温度传感器的设计

光纤式温度传感器的设计

光纤式温度传感器的设计光纤式温度传感器又被称为光纤温度计,是一种利用光纤技术来测量温度的传感器。

相比传统的热电偶和热敏电阻等温度传感器,光纤式温度传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、耐高温性能好等优点,因此在工业自动化、电力系统、航空航天等领域得到广泛应用。

本文将详细介绍光纤式温度传感器的设计原理和实现方法。

光纤式温度传感器的设计原理主要基于光纤的热致发光效应和光纤光衰减的温度依赖特性。

当光纤受热时,光纤的折射率会发生变化,进而引起光纤信号的衰减。

利用这一原理,可以通过测量光纤信号的强度变化来确定环境的温度。

具体而言,光纤式温度传感器的设计包括传输光源、光纤传输介质、光纤传感部分和信号接收部分等几个关键组成部分。

传输光源通常采用光电二极管、激光二极管或LED等,经过滤波装置过滤出特定波长的光信号。

光纤传输介质一般选用具有低光损耗和高耐温性能的光纤。

光纤传感部分是光纤式温度传感器的核心部分,通常采用光纤光栅、光纤圈漂移或光纤布里渊散射等结构。

这些传感部分中,光纤光栅是目前应用最广泛的一种,其主要原理是通过光纤中周期性的折射率调制来实现传感。

在信号接收部分,光纤传感信号经过光电二极管、光电探测器等转换为电信号,并经过滤波、放大等处理得到温度信号。

同时,为了降低传输过程中的噪声干扰,还可以采用差分放大电路和滤波电路等技术手段。

实现光纤式温度传感器的设计需要考虑以下几个关键问题:首先是光纤的选择。

由于光纤是传输光信号的介质,其光损耗和耐温性能对传感器的性能有很大影响。

因此,在选择光纤时需要综合考虑其损耗特性、折射率温度依赖性、耐温性能等因素。

其次是光纤传感部分的设计。

光纤光栅、光纤圈漂移和光纤布里渊散射等传感结构都有自己的特点和适用范围,需要根据具体的应用场景进行选择。

另外,为了提高传感器的精度和稳定性,还需要考虑温度校准和补偿技术。

通过在不同温度下对传感器进行标定,可以建立温度与光信号强度之间的关系,并利用补偿算法对测量结果进行修正。

光纤温度传感器的设计与实现

光纤温度传感器的设计与实现


要 :本 文设计 了一种基于马赫一 曾德尔干涉仪原理 的相位调制型光纤温度传感器 。介 绍 了实 现方法和 实验现象 。
说 明了通过 热敏电阻标定温度与干涉条纹数之 间关 系的方法 。着 重分析讨 论 了利用 C D进 行干涉 条纹采 集及利用 C
MATL AB软件对条纹 图像进行 滤波、 边缘提取等处理 的一种新方法 。给出 了条纹 移动数判 别的程序 编写方 案 , 实验
t a h t o s a e mo e f a i l c e s h tt e me h d r r e sb e s h me . Ke wo d : a h Z h d r i t re e c o t a i e e e a u e s n o ;CCD; i g c u s t n a d p o e sn y r s M c - e n e n e f r n e p i lf rt mp r t r e s r c b ma e a q ii o n r c s i g i
中得到 了较好 的温度 测量结果 。结果表 明用此方法实现光纤 温度 传感是一个较为可行的方案 。
关键词 :马赫一 泽德干涉 ;光 纤温度传感器 ;C D;图像 采集与处理 C
中 图分 类 号 :T 2 2 P 1 文 献 标 识 码 :A
De i n a m pl m e a i n o ptc lfb r t m pe a u e s n o s g nd i e nt to fo i a i e e r t r e s r
Ab ta t I h s p p r h p ia i e e p r t r e s r h sa g o p l d p o p c Th p ia i e e e a u e sr c :n t i a e ,t e o tc l b r tm e a u e s n o a o d a p i r s e L f e e o t lf r t mp r t r c b s n o a e n t e t e r fM a h Z h d ri t re o t ri e e r h d a d d sg e . Th t o sa d p e o n f e s r b s d o h h o y o c - e n e e f r me e Sr s a c e n e i n d n eme h d n h n me a o m e s r me ta e i to u e Th e a in h p e we n mo i g n m b r f fi g sa d t mp r t r a e n t e m a a u e n r n r d c d . e r l t s i s b t e v n u e s o r e n e e a u e b s d o h r l o n

光纤温度传感器设计

光纤温度传感器设计

光纤温度传感器设计光纤温度传感器是一种基于光纤技术的温度测量装置,能够实时监测目标物体的温度变化并输出相应的信号。

它具有高精度、抗电磁干扰、可远程测量等优势,被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。

本文将重点介绍光纤温度传感器的设计原理与实施步骤。

设计光纤温度传感器的关键步骤如下:1.选择合适的光纤:应选用具有高灵敏度、低损耗的单模光纤。

常用的光纤材料包括石英、硅光纤等。

2.光纤外皮材料的选择:光纤外皮需要具有良好的热传导性能,以提高温度传感器的响应速度。

可以选择具有高热导率的金属或陶瓷来包覆光纤。

3.安装光纤传感器:将光纤固定在需要测量温度的目标物体上。

可以使用夹具、粘合剂或螺纹等方式固定光纤。

4.光纤光束的传输:需要设计一个适当的光路来保证光纤入射光的稳定传输。

可以使用透镜、光栅等光学元件来调节光束的角度和强度。

5.光纤光束的检测:通过检测透射光的功率变化来计算温度值。

可以使用光电二极管、光敏电阻等光学传感器来实现光功率的测量。

6.温度计算与输出:根据光功率的变化和预先设置的标定曲线,可以通过计算得到目标物体的温度值。

然后通过模拟信号输出或数字信号输出等方式将温度值传送到接收端。

需要注意的是,光纤温度传感器在设计过程中还要考虑防水、防污染等因素。

可采用光纤密封技术和表面涂层等方法来增加传感器的耐久性和稳定性。

总之,光纤温度传感器的设计是一个复杂而精细的过程,需要综合考虑光学、电子、材料等多个方面的知识。

通过合理选择光纤材料、设计适当的光路和检测方法,能够实现高精度、抗干扰的温度测量。

这将有助于提高工业生产过程的自动化水平、改善环境监测能力以及提升医疗设备的精准度。

基于光纤传感技术的温度传感器设计与制作

基于光纤传感技术的温度传感器设计与制作

基于光纤传感技术的温度传感器设计与制作随着科技的发展,光纤传感技术在各行各业中被广泛应用。

光纤传感技术的优势在于对环境的侵扰小、可靠性高,同时具有灵敏度高、线性好等特点,可以实现对各种参数的高精度测量。

其中之一的应用就是温度传感技术。

基于光纤传感技术的温度传感器不仅可以实现高精度测量,还具有抗干扰能力强等优势,成为工业领域中常用的一种传感技术。

一、基本原理及光纤温度传感技术的特点基于光纤传感技术的温度传感器原理是利用光纤的光学特性,将传感器与被测物体相连,当被测温度发生变化时,通过光纤的传输,产生不同的光学信号,通过分析这些信号的变化,即可得到被测物体的温度值。

与传统温度测量技术相比,基于光纤传感技术的温度传感器具有以下特点:1. 高精度:光纤传感技术可以实现高精度的温度测量,达到0.1℃的测量精度。

2. 可靠性高:光纤传感器不易受到电磁波等外部干扰,具有较高的抗干扰能力,并且可以在高温和高压的环境下正常工作。

3. 多路传感:光纤传感技术可以实现多路温度传感,一个系统中可以同时测量不同位置的温度。

4. 线性优良:基于光纤传感技术的温度传感器具有线性好的特点,可以实现稳定的测量结果。

5. 远程监控:基于光纤传感技术的温度传感器可以实现远程监控,可以将多个传感器的数据通过网络传输到控制中心,方便管理和处理。

二、基于光纤传感技术的温度传感器设计方案1. 光纤传感层设计传感层是光纤传感器的关键结构,主要包括光纤、保护层、镀金层和高温隔离层。

在选用光纤时,需要选择具有高纯度、高抗拉强度、低吸水率的光纤。

保护层主要是为了保护光纤免受外部损伤,一般采用耐腐蚀性能较好的镀铝层或氧化锌保护膜。

高温隔离层主要用于隔离光纤传感层和被测物体之间的温度,同时也起到保护光纤不受高温侵袭的作用。

2. 光纤耦合器设计光纤耦合器主要用于将光纤传感层中的光信号转换成电信号,以方便后续的数据处理。

光纤耦合器包括探头、光耦合引线、探头基座和分光器。

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Design and implementation of optical f iber temperature sensor
Wang Haito ng Yuan J unfei Liu Jiaojiao (Depart ment of communication , Armed Police Engineering College , Xiπan 710086)
像滤波 (滤波结果见图 7 ( b) ) 。并使用阈值操作将图像转
换为二值图像 (见图 7 (c) ) ,从而很好地将对象从背景中分
离出来 。
通常温度的判断基于处理后的条纹图像 ,因此需采用 边缘检测来提取图像的特征 。在 MA TL AB 中使用专门的 边缘检测 edge 函数 ,调用 Sobel 算子进行检测 。结果如图 7 (d) 所示 。
纤 ,将其固定在绝热平台上 ,减小热源的影响 。 (2) 电路设计 : 本文使用热敏电阻标定温度与干涉条
纹数之间关系 ,由于热敏电阻随温度变化呈指数规律 ,即 其非线性是十分严重的 。当进行温度测量时 ,应考虑将其 进行线性化处理 。测温电路如图 5 所示 。
图 2 光路耦合示意图
②光路准直 :搭建实验平台时要注意使整个光路平行 于平台 ,这就需要利用光屏十字法来校准光路 。首先确定 激光束与实验平台平行 ; 其次在光路上分别加上透镜 ,调 整光具座使透镜前后的光斑落在十字的中心位置 。并且 依据透镜焦距 ,使光纤的端面尽量位于透镜的焦点上 。如 图 3 所示 。
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王海潼 等 :光纤温度传感器的设计与实现
第2期
较高的凸透镜耦合 ,如图 2 所示。将激光器放在凸透镜的焦 点上 ,使其为平行光 ,然后再用另一个凸透镜将平行光聚集 到光纤端面上。整个耦合系统调整组装较容易 ,使用方便。
以表示为 :
Rt = Rt0 exp B
1- 1 T T0
(1)
式中 : Rt 、Rt0 分别为温度 T 和 T0 时的电阻值 。根据式 (1)
以及压阻变换关系可以得到下面这个最终的根据电压的
变化从而测得温度变化的表达式 :
1 = 1 ln Ut + 1
(2)
T
B U t0 T0
(3) 数据处理
在测量过程中 ,为找到合适的电压测量点 ,选择时间
0 引 言
光纤传感器是依靠光在光纤中传导时受到被测对象 的影响使光的强度 、波长 、相位或频率等参数发生改变 ,通 过检测接收光的各个参数来对被测对象进行检测或控制 的一种传感器 。相位调制是光纤传感器中最基本的调制 技术 ,与干涉测量机并用 ,即可构成相位调制的灵敏度较 高的干涉型光纤传感器 。本文以马赫2泽德干涉仪为理论 基础设计了一种光纤温度传感器系统 。
即温度升高 1 ℃,条纹移动 8. 30 个。如果标定起始温度 ,根
据这一关系 ,即可得到变化后的温度值。
2. 2 干涉条纹图像采集与处理
采用 MV PCI 专业图像采集卡采集干涉条纹图像 ,采
集程序如图 6 所示 。并对图像做如下处理 ( 见图 7) : 对
CCD 采集下来的图像 (见 7 (a) ) 需调用 imfilter 函数进行图
(2) 结果分析 通过上面的程序计算 ,得到距离标志位 32 最近的亮 条纹位置 R 的变化情况 (见图 9) 。可看出 , R 的值是有规 律地在变化 ,表明 R 存在周期性 。通过程序中得到的 r(条 纹边缘像素) 计算周期 ,即 T = 22 。根据相位展开的相关原
图 8 条纹记数程序流程图
图 4 干涉条纹图像
2 信号检测及处理
2. 1 温度标定 (1) 方案 : 为使感温部分的光纤均匀受热 , 选择 2 个
5 cm的薄铜片将光纤夹入其中 。使用电烙铁为其加热 ,使 其温度变化范围加大 ,条纹移动明显 。对于其他不感温光
图 5 测温电路
本系统中所用的热敏电阻为负温度系数 。其特性可
研究设计
电 子 测 量 技 术 EL EC TRON IC M EASU R EM EN T TEC HNOL O GY
第 30 卷 第 2 期 2007 年 2 月
光纤温度传感器的设计与实现
王海潼 袁俊飞 刘姣姣
(武警工程学院通信工程系 西安 710086)
摘 要 : 本文设计了一种基于马赫2曾德尔干涉仪原理的相位调制型光纤温度传感器 。介绍了实现方法和实验现象 。 说明了通过热敏电阻标定温度与干涉条纹数之间关系的方法 。着重分析讨论了利用 CCD 进行干涉条纹采集及利用 MA TL AB 软件对条纹图像进行滤波 、边缘提取等处理的一种新方法 。给出了条纹移动数判别的程序编写方案 ,实验 中得到了较好的温度测量结果 。结果表明用此方法实现光纤温度传感是一个较为可行的方案 。 关键词 : 马赫2泽德干涉 ; 光纤温度传感器 ; CCD ; 图像采集与处理 中图分类号 : TP212 文献标识码 : A
21 3 条纹记数程序设计 (1) 设计思路 :根据边缘检测后条纹的图像质量 ,提取
图像质量较好的横坐标为 80 的一行元素的像素值 ,对其进 行扫描 ,得到像素值为 1 的位置 ,即条纹边缘的位置 ;由于边 缘提取得到的条纹是原来条纹的轮廓 ,所以 2 个边缘构成一 个亮或暗条纹 。因此需要将提取出来的边缘位置与原图像 进行对比 ,从而对条纹精确定位 ;判定离标定位置最近的亮 条纹的分布情况 ,找到条纹移动规律 ;计算条纹移动周期 , 借鉴光学测量中的相位展开原理 ,将图像变换为近似线性 的曲线 ,从而得到条纹移动过总的像素值 ,除以周期 ,即得 条纹移动个数。程序模块流程图如图 8 所示。
பைடு நூலகம்
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第 30 卷
电 子 测 量 技 术
图 6 采集流程图 图 7 干涉条纹图像采集与处理
理 ,把像素值小于 32 ,且与其前相邻一个像素的差大于某 一值时 ,将其加上一个周期 ,转换为类似线性的函数 ,如图 10 所示 。
由图 (10) 可以得到移动条纹总的像素值 M = 820 ,除 以展 开 周 期 T = 22 , 即 可 以 判 别 移 动 条 纹 个 数 N = M/ T = 37 。
度标定 得 到 温 度 与 条 纹 数 的 对 应 关 系 , 另 一 方 面 使 用 MATLAB 对采集到的干涉图像进行处理 ,通过程序自动判别 条纹数。从而得到温度的变化值 ,实现光纤温度传感测量。
图 1 马赫2泽德干涉型光纤温度传感器装置 1. 2 实现方法与现象
(1) 平台的搭建 为了得到较好的效果 ,实现中应注意以下问题 : ①耦合问题 :在光纤传感系统中 ,各部件采用耦合效率
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王海潼 等 :光纤温度传感器的设计与实现
第2期
图 9 距标定位最近的亮条纹分布图
由于确定的判别像素间距 ,程序在条纹小范围左右徘 徊的状态时难以判别 ,会产生误差 。因此 ,程序计算得到
的数据与前面测温时数出来的条纹个数 41~46 (120 s) 近 似 ,说明此程序的处理较为正确 。此时 ,根据前面温度检 测得到的结果 ,即条纹数与温度变化的关系Δy = 8. 30Δx , 得到温度变化值Δx =Δy/ 8. 30 = N/ 8. 30 = 4. 46 ℃,对照 前面热敏电阻计算的温度变化值 5. 27 ℃,结果较为一致 。 说明此程序可以用来判定条纹个数 ,对应温度变化与条纹 数的关系 ,就可以得到温度变化值 ,从而实现光纤温度传 感测量 。
图 3 光路准直示意图 (2) 产生的现象 根据前面论述的方案 ,通过光路调整等一系列过程 , 得到干涉图像如图 4 所示 。通过使光纤的感温部分受热 , 可以在监视器上观察到条纹的变化 。当温度升高时 ,条纹 几近匀速地向右移动 ; 当温度降低时 ,条纹向相反的方向 移动 。这样的变化较为规律 , 但是对于温度检测电路来 说 ,要求温度变化可测 ,从而得到定量的关系 ;对于图像检 测而言 ,条纹要尽量清晰 ,明暗对比强烈 ,才能在图像处理 时减少不必要的误差 。
1 光纤温度传感器系统设计
1. 1 设计方案 系统原理如图 1 所示 ,采用可见光将光束直接射入 2
根经端面处理且并排放置的光纤中 ,同时为使 2 根光纤输 出的光强近似相等且最大 ,采用 2 个不同焦距的透镜来增 强光的耦合程度 。根据马赫2曾德干涉原理 ,在出口处 2 路 光纤并排紧密放置 ,发生干涉 。随后由 CCD 传感器接收 ,并 在监视器上观测温度变化时条纹的变化规律。一方面通过温
为参考因素 ,以 60 s 为一个阶段 ,测量一次热敏电阻两端
电压 ,记录电压值 ,并根据公式得对应的温度 ,求得Δt 。同
时记录在这些点间的条纹移动数量 ,记为Δn。根据Δt 和
Δn 可得到温度与条纹之间的函数关系 。
(4) 结果分析
设条纹变化数为Δy ,温度变化数为Δx ,则根据实验数
据可以得到这样一个近似线性的函数关系式 :Δy = 8. 30Δx 。
Abstract :In t his paper , the optical fiber temperat ure sensor has a good applied p ro spect . The optical fiber temperat ure sensor based on t he t heo ry of Mach2Zehnder interferometer is researched and designed. The met hods and p henomena of measurement are int roduced. The relationship s between moving numbers of f ringes and temperat ure based on t hermal resistance are explained. A new met hod is analyzed and discussed which t he interference f ringes are detected by CCD sensor and t he image is filtered and edge ext racted in MA TL AB p rogram. The scheme of p rogram of distinguishing numbers of f ringes is showed. The result s of temperat ure measurement in experiment are obtained. The result s exp ress t hat t he met hods are more feasible schemes. Keywords :Mach2Zehnder interference ; optical fiber temperat ure senso r ; CCD ; image acquisitio n and p rocessing
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