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(qiáng)電磁干擾、高溫、狹小空間、需要實(shí)時(shí)檢測(cè)等,對(duì)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(lái)感知及傳播外界變化的傳感器,具有體積小、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗電磁干擾、響應(yīng)快等特點(diǎn)。本文為實(shí)現(xiàn)液體溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè),提出一種基于反射式光纖傳感器的溫度檢測(cè)原理,并對(duì)傳感器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究,具體完成了以下研究工作:（1）分析了反射式光纖測(cè)溫傳感器的測(cè)溫原理。通過(guò)分析反射式光纖傳感器工作原理和光場(chǎng)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(cè)溫傳感器工作原理并予以分析。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)在反射式光纖傳感器探頭加裝反射體和進(jìn)液套,完成了反射式光纖測(cè)溫傳感器探頭結(jié)構(gòu)原型設(shè)計(jì),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(cè)溫傳感器的數(shù)學(xué)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(cè)溫傳感器的輸出特性數(shù)學(xué)模型。（3）進(jìn)行反射式光纖測(cè)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(jì)。通過(guò)仿真分析,得出不同條件下光纖傳感器輸出與測(cè)量溫度... 

【文章來(lái)源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

出射端光場(chǎng)分布假設(shè)模型圖

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2.2單接收光纖測(cè)溫傳感器光耦合原理圖發(fā)射光纖發(fā)出激光光波，通過(guò)入射光纖傳輸?shù)匠錆M待測(cè)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(qiáng)也隨之改變，建立光強(qiáng)與液體溫度的聯(lián)系，檢測(cè)光強(qiáng)變化即實(shí)現(xiàn)液體溫度的檢測(cè)。首先應(yīng)建立光纖測(cè)溫傳感器光場(chǎng)分布模型了解光強(qiáng)分布。激光光纖端面光場(chǎng)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(shí)際光場(chǎng)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(chǎng)的混合[72]。在結(jié)合文獻(xiàn)[64]綜合上述兩種近似情況，且考慮激光光束在液體傳播過(guò)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(chǎng)分布模型為00222()exp[/()]()AKIITxRTRT（2-4）式中A為油液對(duì)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(qiáng);R（T）為光場(chǎng)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(chǎng)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(xué)碩士學(xué)位論文12（a）進(jìn)液套結(jié)構(gòu)（b）進(jìn)液套工作原理圖2.3進(jìn)液套分析光強(qiáng)分布模型，反射面距離是影響反射式光纖測(cè)溫傳感器輸出特性的因素之一，在分析其輸出特性時(shí)需要反復(fù)調(diào)整其大小，因此進(jìn)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(wú)需對(duì)中[79]等優(yōu)點(diǎn)。傳感器整體結(jié)構(gòu)如圖2.4，由反射體、進(jìn)液套、傳感器主體、傳輸光纖組成。傳感器主體、進(jìn)液套、反射體之間通過(guò)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(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行安裝，在安裝時(shí)需要添加法蘭等附件進(jìn)行固定。圖2.4反射式光纖測(cè)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(xué)者及科研工作者。為提高光纖傳感器的靈敏度和精度[80]，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)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(cè)量要求，針對(duì)反射式光強(qiáng)調(diào)制型光纖，設(shè)計(jì)不同的探頭排布方式，如圖2.5所示。


本文編號(hào)：3100891