基于Labview的错位光纤温度传感器设计研究

发布时间：2018-07-12 15:15

本文选题：光纤温度传感器 + 单模错位光纤　；参考：《河南师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：相比于传统传感技术,光纤传感器因其质量轻、空间体积小、抗电磁干扰能力优异、具有较长的寿命、易于遥感等优点而备受人们青睐。随着光纤传感技术的不断发展,现已广泛应用于石油、电力、医疗、航天等领域,至今光纤传感器可测的物理量已多达70多种。现阶段学者们的研究主要集中在光纤传感器系统的多参数测量设计、传感器灵敏度和稳定性的提高、新型的传感器结构研究等方向。在本文里主要提出了两种基于单模(SMF)错位光纤的温度传感系统,围绕如何提高该测温系统的测量精准度和灵敏度等性能问题,深入研究了错位光纤传感器测温系统。本论文的创新点归纳为以下几点:1)将FRM加入光谱测温系统之中。与普通的传感器相比,该干涉测量系统灵敏度明显提升了一个数量级。普通光纤温度传感器所具有的输出不稳定与低灵敏度的缺点,可以通过基于SMF错位光纤与FRM的温度传感器得到解决。2)在改进的衰荡腔测温系统之中,利用环形衰荡腔技术将温度测量的光学信号解调转换为电学信号解调,避免了使用光谱仪测温,取而代之的是使用光电探测器以及示波器的组合来测温,很明显这将有效的降低系统的成本以及体积。3)运用基于Labview的虚拟仪器技术提高了数据处理的效率,并设计了三种程序算法对数据进行处理分析。首先,本文简述了光纤温度传感器的技术背景和近代发展,对光的模间干涉技术做了详细介绍。基于这一干涉理论提出了一种马赫增德尔干涉型单模错位光纤温度传感器,从理论上详细分析了其错位结构和传感原理。该传感器的主要特点是,使用错位熔接技术将一小段SMF错位熔接于两段SMF之间,纤芯中一部分光耦合到光纤包层中,由于温度对光纤包层和纤芯的折射率影响大小不同,导致输出光谱的波长会跟随着传感器的环境温度改变而发生漂移,因此,可以解调光的干涉输出来计算出当前温度。接着着重阐述了单模错位光纤的制备过程,采用对比的方式确定实验中所使用的单模错位光纤的参数,为系统设计提供了理论参数和实验依据。然后,在错位光纤的基础上,提出了一种带法拉第旋镜结构的高灵敏度光纤温度传感系统。该旋镜的主要作用是提高温度传感器的灵敏度以及保证输出光的偏振态稳定性。根据干涉原理,本文理论分析了该温度传感器的光谱波长随温度变化的规律。实验测量结果表明,在1539.42 1539.42nm-1553.90nm的波长范围内,温度从47℃-63℃变化,该传感器的灵敏度和功率变化分别为0.89039nm/℃和2.257dB/℃。最后,针对光纤干涉测量方法解调复杂和对光源稳定性要求高等问题,提出了一种基于错位光纤的衰荡腔测温系统。当环形衰荡腔腔内光的衰减系数一定时,衰荡输出会呈指数衰减。利用这一特性,可将错位光纤结构置于环形腔内,通过改变环境温度调节腔内衰减系数,从而分析衰荡波形并计算出当前温度。另外实验数据处理部分引入了Labview仿真软件技术,文章对该技术的背景和优点进行了介绍。实验过程主要运用Labview的虚拟仪器技术设计了三种程序算法对数据进行处理分析。实验结果验证了衰荡时间与温度间的线性关系并分析比较了三种算法的优劣性,实现了预期目标。
[Abstract]:In this paper , two kinds of temperature sensing systems based on single - mode ( SMF ) dislocation optical fiber have been widely used in the fields of petroleum , electric power , medical , aerospace and so on . In addition , Labview ' s virtual instrument technology is used to analyze the attenuation coefficient of the cavity and the current temperature is calculated . The experimental results show the linear relationship between the decay time and the temperature , and the advantages and disadvantages of the three algorithms are analyzed and the expected target is achieved .
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】