半导体吸收式光纤温度传感系统研究

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温度检测在现代工业和工程中占有十分重要的地位。在一些恶劣环境下,例如有强电磁干扰的电力系统,传统温度传感器并不适用。而基于光学原理的光纤温度传感器则成为了这些场合的有效测量手段。近年来各种光纤温度传感器发展极为迅速,其中半导体吸收式光纤温度传感器作为一种强度调制的传光型光纤传感器,除了具有光纤传感器的一般优点之外,还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点,获得了广泛的研究。通过查阅近几十年来国内外关于半导体吸收式光纤温度传感器和电力设备温度监测方面的文献资料,并深入研究之后,针对目前存在的一些难题,本文提出了一套基于半导体吸收原理的电力设备温度实时在线监测方案。首先运用物理学理论,分析了半导体材料的光吸收-温度特性、光源发光光谱和光探测器的响应特性,建立了传感系统的数学模型。通过matlab仿真得出各元件对系统输出的影响规律和参数选取原则。其次列举了几种常见的补偿方式和探头结构,分析了它们的优缺点,在以上分析的基础上提出了一种新的对称结构的测温方案,并设计了系统光学部分结构和电气部分的实现电路和软件。这个方案采取了一系列的措施,使系统的稳定性和测量精度大大提高。最后本课题设计了多项实验,结果表明,系统在26 ~102℃的温度范围内有1℃的测量精确度,以及良好的线性度和响应速度,基本上满足了绝大多数电力系统应用的要求。本课题的工作从理论和实验上论证了方案的可行性,但要达到实用的水平还需解决许多问题,如制作工艺、软件的扩展以及进一步的实验等。
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