在一些應(yīng)用領(lǐng)域由于特殊的工作環(huán)境,如高電壓、大電流、強電磁干擾、高溫、狹小空間、需要實時檢測等,對傳感器的性能提出了較高的要求。光纖傳感器是以光為載體,光纖作為介質(zhì),用來感知及傳播外界變化的傳感器,具有體積小、化學穩(wěn)定性好、抗電磁干擾、響應(yīng)快等特點。本文為實現(xiàn)液體溫度的實時檢測,提出一種基于反射式光纖傳感器的溫度檢測原理,并對傳感器進行了設(shè)計和實驗研究,具體完成了以下研究工作:（1）分析了反射式光纖測溫傳感器的測溫原理。通過分析反射式光纖傳感器工作原理和光場分布規(guī)律,結(jié)合液體折射率隨溫度的變化規(guī)律,提出反射式光纖測溫傳感器工作原理并予以分析。在此基礎(chǔ)上,通過在反射式光纖傳感器探頭加裝反射體和進液套,完成了反射式光纖測溫傳感器探頭結(jié)構(gòu)原型設(shè)計,之后分析了光纖探頭的光纖排列方式。（2）建立了反射式光纖測溫傳感器的數(shù)學模型。根據(jù)反射式光纖傳感器工作原理和油液折射率隨溫度變化規(guī)律,分別建立了單發(fā)射單接收和單發(fā)射雙接收光纖測溫傳感器的輸出特性數(shù)學模型。（3）進行反射式光纖測溫傳感器的輸出特性仿真,確定了傳感器參數(shù),并完成了光纖傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過仿真分析,得出不同條件下光纖傳感器輸出與測量溫度... 

【文章來源】：西安建筑科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

出射端光場分布假設(shè)模型圖

西安建筑科技大學碩士學位論文10圖2.2單接收光纖測溫傳感器光耦合原理圖發(fā)射光纖發(fā)出激光光波，通過入射光纖傳輸?shù)匠錆M待測液的腔體中，經(jīng)反射體表面反射回接收光纖。隨著液體介質(zhì)溫度的變化，接收到的光強也隨之改變，建立光強與液體溫度的聯(lián)系，檢測光強變化即實現(xiàn)液體溫度的檢測。首先應(yīng)建立光纖測溫傳感器光場分布模型了解光強分布。激光光纖端面光場分布模型選用高斯分布或均勻分布分布假設(shè)較多，但是實際光場分布不是單純的均勻分布或高斯分布[71]，而是更接近兩種光場的混合[72]。在結(jié)合文獻[64]綜合上述兩種近似情況，且考慮激光光束在液體傳播過程中存在油液吸收度等因素，給出光束在油液中傳播的光場分布模型為00222()exp[/()]()AKIITxRTRT（2-4）式中A為油液對光的吸收度;K0為發(fā)射光纖中光的傳輸損耗;I0為光源耦合到光纖中的光強;R（T）為光場分布等效半徑，x為發(fā)射光纖和接收光纖的軸間距。其中320()tanNARTakz（2-5）其中a0為發(fā)射光纖纖芯半徑，k為光場耦合系數(shù)，NA為光纖最大入射角，z為反射面與光纖端面的垂直距離。在激光物理領(lǐng)域，根據(jù)數(shù)值孔徑NA定義和激光從光纖端面到液體傳播規(guī)律，可得光纖最大入射角NA、光纖的數(shù)值孔徑NA和介質(zhì)折射率Tn存在如下關(guān)系[73-75]。sin=NATNAn（2-6）

西安建筑科技大學碩士學位論文12（a）進液套結(jié)構(gòu)（b）進液套工作原理圖2.3進液套分析光強分布模型，反射面距離是影響反射式光纖測溫傳感器輸出特性的因素之一，在分析其輸出特性時需要反復調(diào)整其大小，因此進液套內(nèi)和反射體采用螺紋連接。相比透射式結(jié)構(gòu)，反射式結(jié)構(gòu)具有占用空間孝操作方便、無需對中[79]等優(yōu)點。傳感器整體結(jié)構(gòu)如圖2.4，由反射體、進液套、傳感器主體、傳輸光纖組成。傳感器主體、進液套、反射體之間通過螺紋連接，在反射體的反射面和傳感器主體的端面間形成確定的距離。根據(jù)測溫點進行安裝，在安裝時需要添加法蘭等附件進行固定。圖2.4反射式光纖測溫傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2反射式光纖傳感器光纖排列方式隨著光纖傳感和通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，反射式光纖傳感器光纖排列方式的研究工作吸引了大批學者及科研工作者。為提高光纖傳感器的靈敏度和精度[80]，對其結(jié)構(gòu)進行改造和優(yōu)化，使其具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域[81]。目前，根據(jù)不同的測量要求，針對反射式光強調(diào)制型光纖，設(shè)計不同的探頭排布方式，如圖2.5所示。


本文編號：3100891