基于砷化鎵吸收式多通道自校準光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研究.pdf

1、溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業(yè)、醫(yī)藥、科學研究等多領(lǐng)域中最重要的測量物理量之一，是工業(yè)自動化生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以熱敏電阻、熱電偶等用電信號作為工作基礎(chǔ)的溫度傳感器在國民經(jīng)濟、科學研究、國防建設(shè)、空間技術(shù)中發(fā)揮了重大作用。但此類傳感器具有易受到電磁干擾和輻射影響等多種缺點。尤其在某些特定領(lǐng)域（如工業(yè)生產(chǎn)、石油化工、電力、醫(yī)學等領(lǐng)域），傳統(tǒng)電傳感方法在易燃易爆或易受到電磁干擾的環(huán)境中進行溫度測量時，受到很大程度的限制。隨著光纖制造技

2、術(shù)、光纖傳感技術(shù)、信號分析與處理技術(shù)的飛速發(fā)展，使光纖測溫方法逐漸發(fā)展為一種新型的測溫技術(shù)。
　　本文結(jié)合光纖測溫的技術(shù)特點和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對砷化鎵晶體的光學特性進行充分研究，再進一步對砷化鎵溫度傳感技術(shù)進行理論分析，設(shè)計了一種具有光源波形自校準功能和光譜分析裝置自校準功能的砷化鎵吸收式多通道光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計的光源波形自校準功能可以消除光源的電流強度的變化和光源所處環(huán)境變化對光源強度抖動、波形變化造成溫度測量的誤差，光譜分

3、析裝置自校準功能可以消除光譜分析裝置所處環(huán)境溫度變化帶來的光譜測量波長漂移問題，同時本文的多通道光路設(shè)計滿足多點測量溫度的需求。
　　基于砷化鎵吸收光譜邊緣波長隨溫度的升高向長波長方向漂移的特性，本文提出了一種適用于本測溫系統(tǒng)的光譜解調(diào)數(shù)據(jù)處理方法，消除了背景光譜噪聲，消除了光譜分析儀的暗電流散粒噪聲、復(fù)位噪聲、放大器噪聲、以及光散粒噪聲構(gòu)成的背景噪聲。本方法基于波長調(diào)制來解調(diào)光譜中的溫度信息，可避免測溫系統(tǒng)強度變化導(dǎo)致的測量誤差

4、，并設(shè)計實驗進一步驗證該解調(diào)方法的合理性。本方法采用查詢校對表的方式來獲取溫度值，可減少測溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算量，降低測溫系統(tǒng)主控單元的功耗，提高測溫速度。本數(shù)據(jù)處理方法在25℃～70℃區(qū)間，測量精度小于±0.1℃，在70℃～250℃區(qū)間，測量精度小于±0.7℃。實驗結(jié)果表明，該解調(diào)方法解調(diào)精度高運算量小滿足測溫系統(tǒng)需求。
　　為驗證本文所設(shè)計的測溫系統(tǒng)自校準功能的有效性，分別設(shè)計了波形自校準對比試驗以及光譜分析裝置對比試驗。實驗結(jié)果

5、表明，當測溫系統(tǒng)在光源強度變化以及系統(tǒng)光源處在不同環(huán)境溫度時，有波形自校準功能的測溫系統(tǒng)能夠有效解決上述干擾問題;當光譜分析裝置的使用環(huán)境溫度發(fā)生變化時，具有光譜自校準功能的測溫系統(tǒng)能夠有效消除溫度對光譜分析裝置帶來的波長漂移問題，使系統(tǒng)測溫誤差更小、精度更高。
　　實驗結(jié)果表明本文所設(shè)計的基于砷化鎵吸收式多通道自校準光纖溫度檢測系統(tǒng)性能較好。本文設(shè)計測溫系統(tǒng)可以推廣在煉油廠、加油站、油庫等易燃易爆環(huán)境中使用。該系統(tǒng)也同樣適用于微