基于锁相放大技术的光纤氧传感器研究

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光纤气敏传感器是20世纪80年代初由光纤技术,光谱技术以及计算机技术相互交叉、渗透而形成的新技术。光纤传感技术在国外发展较早,发展水平也比国内成熟,目前,在国外光纤传感技术已经广泛用于化学分析,生物及医药检测,环境污染等检测领域。目前,光纤氧气传感器是光纤传感技术的热点和难点。 本课题为基于荧光猝灭效应原理,通过测量荧光寿命来确定氧气浓度的光纤氧气传感器。技术方案上采用脉冲激励LED蓝紫光源照射敏感元件,可以获得相对稳定的荧光信号,再通过荧光测量来确定氧气浓度。我们知道,进入光电二极管的信号光是激励光加上具有指数衰减的特征的荧光,根据频域分析,它相对于激励光在单一频率上具有确定的相位差,所以选用“相位锁定”技术来测量荧光寿命。相对于一般的通过测量荧光强度的测量荧光寿命的方法,这种“相位锁定”具有技术灵敏度高,抗干扰性强的优点。 电路设计采用的“相位锁定”技术是利用相关原理设计的一种同步相干检测技术。根据自相关原理,通过的相关器,强化信号,减少了噪声干扰,然后通过滤波积分,得到了与信号之间相位差成比例关系的直流电压,实现对信号的检测,本课题根据实际情况,采用方波作为激励波,并根据方波放大电路具有积分效应,用数学公式描述了检测信号的变化,并推断出此电路有助于提高测量的精度和范围。根据上述理论做出了实际电路,实验的结果也证明了上述结论的正确性。 由于光纤气敏传感器系统设计的相似性,本课题的研究成果具有广泛的意义。今后,可以根据本论文的实验结果,设计出多参数光纤化学传感器,通过不同的敏感元件,实现对各类化学参量的测量。
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