光纤法布里-珀罗腔液位传感器研究

摘要

光纤传感器是传感器技术的重要外延和发展.随着光纤信息技术的迅速发展,光纤传感已在很多重要应用领域以其独特的优点为人们所注目.为了适应易燃易爆液位检测的需求,我们利用液体压力测量液位的原理,提出一种光纤法布里-珀罗(F-P)腔连续型液位传感器.这种光纤液位传感器不改动现场设备,便于现场安装,精度高,本征防爆,特别适合于易燃易爆液位的检测,对石油化工等行业有非常重要的意义.论文绪论部分对当前液位传感器现状,在大量调研基础上,进行了简单综述,指出了它们的局限性,特别是在对易燃易爆液体液位测量中,显示出各种各样严重的缺点.为了指导光纤液位传感器的研究,论文接着对有关传感器的参数、指标要求、环境影响等问题进行了评述.由于我们采用压力式液位检测,本文特别对弹性敏感元件的材料性能、结构模型进行了讨论研究.这对本文所研究传感器的弹性片材料选择和结构形式起到了借鉴作用.第四章是本文重点,详细分析介绍了所提出的光纤F-P腔的结构特点、参数选择,以及工作点的正确定位问题等,并结合工艺实践,较好地解决了这些问题.文中特别对影响光纤F-P腔液位传感器的各种因素进行了较深入全面的讨论.提出了一种补偿F-P腔温度影响的凸台式恒弹性片设计,给出了相关参数要求,这种温度补偿设计能在合理的范围内很好地补偿温度造成的信号漂移.文章还对弹性应变片弹性模量的温度特性进行了深入分析,研究结果表明,弹性片弹性模量随温度的变化对挠度的影响很大,因此在实际选材设计中,弹性片弹性模量的温度特性必须予以足够的注意.为了扩大量程,文中给出一种双传感头推挽式液位检测系统,可以在几乎不减小分辨率的情况下,大大扩展测量范围.我们做出的光纤F-P腔液位传感器样品,经实际测量可以给出稳定、精度高的输出结果.

目录

文摘

英文文摘

科研道德声明及知识产权声明

1绪论

1.1光纤传感器概述

1.2液位传感器现状

1.2.1液位测量的人工方式

1.2.2液位测量的机械方式

1.2.3液位测量的电学方式

1.2.4液位测量的光学方式

1.2.5液位测量的其他方式

1.3光纤液位传感器的特色

1.4论文的主要内容

2描述传感器性能的指标

2.1传感器的静态特性

2.2传感器对仪器和环境影响的要求

3用作光纤F-P腔液位传感器的弹性敏感元件

3.1弹性敏感元件性能与材料

3.1.1弹性敏感元件的基本特性

3.1.2弹性敏感元件的材料与处理

3.2弹性敏感元件的小挠度弯曲

3.2.1薄板的一般概念

3.2.2圆板轴对称弯曲方程

3.2.3圆板轴对称弯曲几种情形的解

3.3光纤F-P腔液位传感器弹性元件

4光纤F-P腔液位传感器系统基本原理与实验

4.1引言

4.2液位传感器系统总体思路与模块结构

4.3液位传感器系统基本原理

4.4部分实验内容

5影响光纤F-P腔液位传感器精度的因素及改进措施研究

5.1传感器的法布里-珀罗光学谐振腔

5.1.1法布里-珀罗光学谐振腔的弹性片

5.1.2法布里-珀罗光学谐振腔的腔长度

5.1.3法布里-珀罗光学谐振腔的腔面垂直度

5.1.4用双法布里-珀罗光学谐振腔扩展量程

5.2传感器的光源、光路及光电信号处理

5.2.1光源

5.2.2光路及光电信号处理

5.3传感器的外围及其他

总结

参考文献

在学期间发表的文章

致谢