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作为高新信息技术的代表——传感器技术在当今信息化社会里的作用日益显著,已经开始融入人们的日常生活中,也引起了人们越来越多的重视。同传统的传感技术相比,起源于70年代的光纤传感技术无疑是一门新兴的传感技术,它是随着光纤通信技术的发展而成长起来的,是一门综合了光学、电子学、计算机、软件等学科的知识交叉型的、先进的传感检测技术。由于其设计灵活、灵敏度高、抗电磁干扰、抗腐蚀等优势,可以弥补传统传感器在应用中的诸多限制,因此被广泛应用于工业控制、环境监测、医学诊断等领域。在诸多的光纤传感器研究实践中,人们一直在寻求结构简单、成本低、易于解调的和商业化的光纤传感器。
本论文以易于实用化、低成本、易解调和批量化生产为出发点,从理论上推导出基于无源光器件端面菲涅尔反射原理的折射率测量公式,设计了一套基于光强测量的光纤传感器,并将其用于外界温度、盐度的测量,为光纤传感器在物理、化学测量的新应用做出了有意义的尝试;同时还设计并制作了一套光电混合物联网系统,为光纤传感技术在物联网方面的应用做了初步探索。具体来讲,本论文的主要工作以及创新点包括:
1、首次将无源光器件——光纤准直器直接用作传感探测头,通过与单模光纤传感头的对比性实验,发现引入的传感探测头将传感系统的反射信号光强提高了四倍多,系统整体信噪比至少提升了6.1dB,使得传感系统更适用于远距离传感监测。
2、将研制设计的传感系统用于温度值已知的外界温度的传感检测,以及用于浓度已知的NaCl溶液的盐度的传感检测,分别测定不同温度、盐度下的反射信号光强度,然后进一步推出被测的温度值和盐度值。应用此方法测出的温度值和盐度值与实际值十分吻合,系统测量的稳定性也得到了很好的验证。
3、将光纤传感技术应用于物联网,设计并制作了一套光电混合物联网系统。尝试将光电传感技术与传统的电子传感技术集成到一起,将传各种传感数据通过网关设备连接进现有的因特网,实现传感系统的远程感测监控能力。最后对现有系统的拓展升级工作提出了自己的设计想法与展望。