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《干涉条纹计数法光纤fabry perot腔液位传感器 - 暨南大学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第37卷第7期光子学报Vol.37No.72008年7月ACTAPHOTONICASINICAJuly20083干涉条纹计数法光纤Fabry2Perot腔液位传感器•赵中华,高应俊,骆宇锋,周密,丁涛,张志律(暨南大学光电工程研究所重大工程灾害与控制教育部重点实验室,广州510632)摘要:提出一种抗光源波动和外界干扰的条纹计数法光纤Fabry2Perot腔干涉型液位传感器.为适应这种条纹计数法对应变大挠度的要求,采用波纹管作应力弹性元件;对干涉条纹走向(或液位升降判向),分别提出实用的硬件设计方案和计算机软件处理办法;给出一种腔长温度补偿设计;实际制作了双光路光纤Fabry2Per
2、ot腔液位传感器,进行了实际气压模拟试验和实际水位测量试验,取得了良好结果.关键词:光纤液位传感器;法布里2珀罗腔;条纹计数法;波纹管中图分类号:TN25文献标识码:A文章编号:100424213(2008)0721369240引言出信息的条纹计数和液位升降判向,分别提出实用的硬件设计方案和计算机软件处理办法.提出了一液位传感器是指检测液面高度信息的仪器,它种温度补偿设计方案;实际制作了双光路光纤F2P在工业和日常生活中有着重要而广泛的用途.光纤腔液位传感器,进行了实际气压模拟试验和实际水液位传感器由于本质安全和精度高的特点特别适用位测量试验,取得有益结果.于易燃易爆危险环境,获得越
3、来越广泛的研究和应[123]1干涉条纹计数法光纤液位传感器原用.将光纤Fabry2Perot(F2P)腔传感器应用于温度、压力、液位检测,研究人员提出了各种结构形式,理和结构[428]并对其信号处理有很多讨论.干涉条纹计数一直液体的内部压强与深度的关系为[9210]是干涉场信息处理的基本方法.P=ρgh(1)文献[728]提出的光纤F2P腔液位传感器,利用式中ρ为液体密度,g为重力加速度,P为液体内深液体内部压强的原理测量液位,是一种本质安全、安为h处的压强.测量出液体底部的压强P,即可得液装简单方便、易于推广使用的一种液位传感器.但这位h.种液位传感器将应变片的变化限制在光波长λ/
4、8图1为一种条纹计数法光纤F2P腔液位传感器内,导致动态范围小不易扩大;同时它利用光强输出的设计结构图.图中波纹管表面和自聚焦透镜准直给出检测结果,对整个传感器系统的抗干扰要求特器表面构成F2P腔.干涉光经光纤传入,经自聚焦别高,对干涉系统的稳定性,对光源及驱动电路的稳透镜准直器输出为准平行光束,部分光在自聚焦透定性,对数据处理电路的稳定性等,都要求特别苛刻.镜表面反射,部分光前行平行照射在波纹管表面后为了有效地解决上述问题,本文将干涉条纹计反射,自聚焦透镜表面反射的光和波纹管表面反射的数办法用于光纤F2P腔液位传感系统.这样就从干光会合时发生干涉,其干涉输出光强与腔间距有关.涉信号
5、处理原理上克服了各种光强漂移及外界干扰对输出的影响,可以减化系统机械结构,简化复杂的光电信号补偿和处理系统,从而可以大大降低系统成本,增强法布里2珀罗腔光纤液位传感器的实用性.本方法另外一个好处是在理论上可以不受限制地增大液位测量的范围.干涉条纹计数法的引入,使得应变结构的应变量大幅度增加,经过调研和比较,采用大挠度弹性元件—波纹管作F2P腔的腔面.文中给出相应的光纤F2P腔结构设计.对干涉光强输3教育部科学技术研究重点项目“新型连续型光纤液位传感器研究”(104182)资助图1条纹计数法光纤F2P腔液位传感器结构•Tel:020285226887Email:tyigao@jnu.e
6、du.cnFig.1Schematicdiagramoftheliquidlevelsensor收稿日期:2006212221withopticalfiberF2Pcavity1370光子学报37卷波纹管另一端与F2P腔体固定并与所测液体2.1电子线路硬件处理法条纹计数连通,液体内部的压强使波纹管伸长即F2P腔的腔利用施密特电路把与液位有关的周期性的输入间距减小,该腔间距改变使F2P腔干涉光强输出发信号转换成矩形脉冲波,就可以得到反映液位变化生周期性的变化,测量输出光强的周期性变化,即对的脉冲数.如图2,选择一个恰当阈值电平,当输入干涉条纹计数就可得到相应压强变化的大小,从而信号电压
7、高于该阈值,触发电路就输出一个高电平可计算得到液位深度.脉冲信号,这个高电平一直维持到光强变化低于阈干涉条纹数N与F2P腔间距变化ΔL的关系为值下限.这样的处理,就使连续变化的信号电压转换N=2nΔL/λ(2)为只输出高或低电平,即只输出“1”或“0”态,这正是式中λ为光源的波长,n为空气的折射率.数字电路所要求的.这样,在一个波长的信号周期通常意义的F2P干涉仪,两反射面的反射率接里,该电路触发输出一个脉冲信号,计数电路就对这近等于1,其光强输出不是连续
