电子论文-光纤渐逝波温度传感器光电检测系统的设计研究

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1、上海大学硕士学位论文光纤渐逝波温度传感器光电检测系统的设计研究姓名：陈翔申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：王廷云20071201上海大学硕士学位论文摘要与传统的各类传感器相比，光纤传感器具有一系列独特的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀，便于实现多路技术，结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。光纤渐逝波传感技术又是近年来光纤传感的研究热点，基于该原理对被测量能实现高灵敏度的传感检测，使其已经成为未来传感技术领域的发展趋势之一。本文就是在光纤渐逝波温度传感器的基础上，介绍了利用熔融拉锥光纤耦合

2、器作为传感头的传感原理，针对其高灵敏度的传感特点，提出利用锁相检测技术来实现光电温度传感的检测。一般的线性放大器可以将微弱的电信号放大，但若我们所要的信号中伴随着噪声信号，则两者都会一起放大。尤其当噪声强度远大于所要的信号时，就必须借助特殊的放大器来同时放大信号并滤去噪声。由于渐逝波光纤温度传感检测到的温度信号属于微弱的光电信号，其幅值微弱，很容易被检测系统的噪声所埋没，传统的检测方法无法滤除这些噪声，这样的检测方式会使高灵敏度的光纤渐逝波温度传感失去意义。锁相检测电路就是特别适合于微弱信号检测的一种

3、有效检测电路。本文介绍的光纤渐逝波温度传感器的光电检测系统正是采用了锁相检测的技术。整个检测电路分为光电转换、前置放大、窄带滤波、PLL锁相环路、同步解调、采样和信号处理六大部分。本文分析了在光电转换和前置放大环节产生的噪声，同时介绍了利用窄带滤波、PLL锁相环路和同步解调电路实现去噪的原理，并详细说明了如何利用增强型单片机C8051F005实现信号采样、处理的过程。每一部分的电路都在硬件构成和工作原理上做了详细阐述。并在此基础上设计了光纤渐逝波温度传感的检测实验。针对光纤渐逝波温度传感器，本文将PL

4、L锁相检测的性能和直流检测做了详细的比较和分析。在相同的实验条件下，发现采用PLL锁相检测的方法得到的测量结果的稳定性比采用直流检测法提高了4倍，检测的稳定性达到了0．05"C。同时也与数字锁相放大器的检测结果做了比较，得到了V上海大学硕士学位论文两者采样电压稳定性是一致的结论，两者检测电压的波动范围都在O．001V左右。这都说明PLL锁相检测电路具有很高的稳定性。并且，也就其灵敏性、重复性等性能做了实验分析。通过实验和计算，本文设计的基于PLL锁相原理的光电检测电路对温度的分辨率达到了O．05℃；在

5、-400cN85℃的范围内，该检测系统也具有良好的检测重复性。检测系统良好的稳定性、灵敏性和重复性的特点使得高灵敏度的光纤渐逝波温度传感有了真正应用价值。文中最后对本课题的工作做了总结，指出了今后工作的发展方向，并对网络化温度传感的前景作了技术展望和积极的预测。关键词：光纤温度传感器，渐逝波，光电检测，锁相检测VI上海大学硕士学位论文ABSTRACTFiberopticsensorshavenotableadvantagesaScomparedtoconventionalsensors，suchaSi

6、mmunitytoelectromagneticinterferences，lowweightandsmallsize．Recently，fiberopticevanescentwavesensorhasbeenresearchhotspotdueto砥tli曲sensitivityandlowcost．Weuseda2x2fusedbiconicaltapered(FBT)couplerasthetemperaturesensor．Inthispaper,akeyofPLLphotoelectric

7、sdetectionsystemispresentedbasedonthesensor’Shighsensitivity．Comparedwithnoise．theusefulsignalistooweaktobeaccuratelydetectedinphotoelectricdetectionsystem．ThenoisecausedbymanyreasonssuchaSnull-driftgeneratedinpre—amplificationcircuitwillbeamplifieddram

8、aticallyalongwiththeusefulsignals，whichbecometheprincipalSOurCeofnoiseinwholesystem．So，wehavetoseekaspecialdetectionmethodtoamplifytheusefulsignalandrestrictthenoise．Thetemperaturesignaldetectedbyfiberopticevanescentwavetemperatu