基于荧光机理的光纤温度测量系统的研究

摘要

在工业生产过程中，温度是一个很重要的物理量。但是，在很多场合要准确地测量温度是很困难的，因此对温度监控的创新、研究和发展一直在不断进行。荧光光纤温度传感器由于其灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘性好、结构简单、体积小、重量轻、响应速度快，信息容量大、耗电少等优点，正在成为目前最为活跃的研究与开发领域之一。本文在前人工作的基础上，研究并设计了一套用 Cr3+:YAG作为敏感材料的荧光光纤测温系统，以实现特殊环境下温度的实时测量。
　　论文首先叙述了荧光产生的机理，介绍了几种常见的荧光材料，对荧光材料的普遍特性进行了分析，在此基础上详细阐述了荧光测温的机理，分析了荧光寿命与温度的关系，为整个荧光光纤测温系统提供了理论保证。
　　然后研究了荧光光纤测温系统的基本结构，从光纤出发，对光源，光电探测器，光耦合器等基本器件工作原理及基本特性进行了分析，并在此基础上合理的选择各组成部件。
　　为了解决激励光泄露所产生的误差问题采用了脉冲调制双参考信号的锁相检测技术来检测荧光寿命，根据锁相环的基本工作原理，以及环路组成，环路模型分析了锁相环所具有的优良性能。在此基础上介绍了基本的两相锁定检测法，并设计了本文所用的锁相环路。
　　最后设计了一套荧光光纤测温系统，包括光源及其驱动电路，荧光光纤探头，光电探测器及前置放大电路，滤波电路和单片机系统的设计并对整个系统进行了实验研究，实验表明，该系统具有良好的灵敏度和精度，具有一定的实用价值。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 荧光光纤温度传感器的研究现状

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 课题研究的主要内容

第2章 荧光光纤测温系统的工作机理

2.1 荧光概述

2.2 荧光产生的机理

2.3 荧光材料及其特性

2.4 荧光测温机理

2.5 本章小结

第3章 荧光光纤测温系统的特性分析

3.1 光纤

3.2 激发光源

3.3 光电检测器

3.4 光路耦合

3.5 本章小结

第4章 荧光寿命锁相检测基本理论

4.1 荧光寿命

4.2 锁相环的基本工作原理

4.3 荧光寿命锁相检测法

4.4 本章小结

第5章 荧光光纤测温系统的设计与实验分析

5.1 系统总体结构设计

5.2 光纤探头的设计

5.3 本系统选用的光纤

5.4 光源及驱动电路的设计

5.5 光电检测器与信号处理系统

5.6 单片机系统设计

5.7 实验数据与分析

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介