| 【中文题名】 | 荧光光纤温度传感器的研究 |
| 【英文题名】 | Study of Fluorescence Optical Fiber Temperature Sensor |
| 【学科专业】 | 测试计量技术及仪器 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-7-5 |
| 【中关键词】 | 光纤传感器,温度测量,荧光寿命,微弱信号检测,锁相环, |
| 【英关键词】 | optical fiber sensor,temperature measuring,fluorescence lifetime,weak signal detection,phase-locked loop, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器> |
| 【论文摘要】 | 许多测温场合条件特殊,对温度的测量可能造成一些实际的困难,在寻求温度传感器的其他替代手段的所有研究活动中,荧光光纤温度传感器以其抗电磁干扰、体积小、传输损耗低、耐腐蚀等优点正日益受到重视。本文主要进行了如下的研究工作:
(1)基于光致发光理论论述了荧光材料发光机理,阐述了几种常用的荧光材料及其特性,在此基础上选择与之匹配的激励光源。
(2)论述荧光测温法的基本原理及特点。根据红宝石晶体的荧光特性,合理选择激发光源、滤光片及光电探测器。对光源-光纤、光纤-探测器耦合效率进行分析。
(3)在时域和频域上进行了微弱荧光信号的寿命检测的研究。时域法包括时间法、积分法、数据拟合方法等。着重介绍了几种荧光寿命的测量方法:相位和调制测量,快速傅立叶变换法,加权对数法,并通过仿真实验对几种方法进行了对比。
(4)提出一种利用锁相环技术测量荧光寿命的方法。该方案具有锁相环路的特点,它利用相敏检波与调制技术,把荧光寿命转换成周期性输出信号,且荧光寿命与周期成正比。
(5)提出了一种基于荧光寿命的双通道的光纤温度传感器,采用与调制荧光信号相关的双光源相位锁定测量方案,以实现荧光寿命在无激励光干扰情况下的实时测量... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-10 |
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第1章 绪论 |
10-20 |
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1.1 引言 |
10-11 |
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1.2 荧光光纤温度传感器的研究现状 |
11-17 |
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1.2.1 荧光光纤温度传感器的分类 |
11-12 |
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1.2.2 荧光光纤温度传感器的发展现状 |
12-17 |
|
1.3 课题研究的目的和意义 |
17-18 |
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1.4 课题来源和主要研究内容 |
18-20 |
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1.4.1 课题研究的目的和意义 |
18 |
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1.4.2 课题来源及主要研究内容 |
18-20 |
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第2章 荧光光纤传感器的测温机理及特性分析 |
20-36 |
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2.1 荧光产生的机理 |
20-22 |
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2.1.1 荧光产生的机理 |
20-21 |
|
2.1.2 荧光测温原理 |
21-22 |
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2.2 荧光材料 |
22-23 |
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2.2.1 固态激光材料 |
22-23 |
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2.2.2 稀土材料 |
23 |
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2.3 激发光源 |
23-27 |
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2.3.1 半导体光源 |
24-26 |
|
2.3.2 脉冲氙灯 |
26-27 |
|
2.4 光电探测器 |
27-30 |
|
2.4.1 光电探测器的工作原理及特性 |
27-29 |
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2.4.2 等效电路 |
29-30 |
|
2.5 光纤传输与光路耦合 |
30-34 |
|
2.5.1 光纤的传输损耗 |
30-32 |
|
2.5.2 光路耦合 |
32-34 |
|
2.6 本章小结 |
34-36 |
|
第3章 荧光寿命测温技术的基本理论 |
36-52 |
|
3.1 荧光寿命 |
36-37 |
|
3.2 荧光寿命检测方法 |
37-40 |
|
3.2.1 时域法 |
37-38 |
|
3.2.2 频域法 |
38-40 |
|
3.3 相位锁定法 |
40-42 |
|
3.3.1 正弦波调制 |
40-41 |
|
3.3.2 方波调制 |
41-42 |
|
3.4 快速傅立叶变换法 |
42-46 |
|
3.4.1 快速傅立叶变换检测荧光寿命法 |
43-44 |
|
3.4.2 仿真实验 |
44-46 |
|
3.5 加权对数法 |
46-51 |
|
3.5.1 检测方法 |
46-49 |
|
3.5.2 仿真实验与分析 |
49-51 |
|
3.6 本章小结 |
51-52 |
|
第4章 荧光信号的锁相检测理论 |
52-64 |
|
4.1 引言 |
52 |
|
4.2 微弱信号检测 |
52-53 |
|
4.3 相关检测 |
53-55 |
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4.4 锁相检测 |
55-56 |
|
4.5 锁相环基本原理 |
56-62 |
|
4.5.1 环路组成 |
56-59 |
|
4.5.2 环路模型分析 |
59-60 |
|
4.5.3 环路噪声分析 |
60-62 |
|
4.6 本章小结 |
62-64 |
|
第5章 荧光光纤温度测量系统设计 |
64-84 |
|
5.1 引言 |
64 |
|
5.2 系统组成 |
64-65 |
|
5.3 光源及敏感材料的确定 |
65-70 |
|
5.4 驱动电路 |
70-71 |
|
5.5 传感探头的设计 |
71-73 |
|
5.6 光电探测器 |
73-75 |
|
5.6.1 光电探测器 |
73 |
|
5.6.2 光电检测电路的噪声抑制 |
73-74 |
|
5.6.3 信号放大电路 |
74-75 |
|
5.7 滤波电路 |
75-76 |
|
5.8 延时电路与除法电路 |
76-78 |
|
5.9 锁相环 |
78-79 |
|
5.10 单片机系统 |
79-82 |
|
5.10.1 硬件电路 |
79-80 |
|
5.10.2 软件电路 |
80-82 |
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5.11 实验数据与分析 |
82-83 |
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5.12 本章小结 |
83-84 |
|
结论 |
84-86 |
|
参考文献 |
86-91 |
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攻读硕士学位期间发表的论文 |
91-92 |
|
致谢 |
92-93 |
|
作者简介 |
93 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.378872 |
