基于红蓝宝石光纤的多通道温度传感器

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光纤温度传感器是温度测量的重要技术手段,具有抗电磁辐射干扰、测温范围大、测温精度高、可分布式测量等优点。因此,相关技术在过去数十年间得到了快速发展,多种光纤传感器已经得到了实际应用。在此背景下,本论文研究比较了多种光纤测温的原理,最终采用红蓝宝石光纤传感探头,结合荧光测温和辐射测温原理,研制了一种从室温到1000℃范围内连续快速温度测量的新型多通道光纤温度传感器。研制完成了与光纤传感器相适应的光学与电子信号处理系统。针对多通道荧光信号的荧光寿命检测问题,提出了一种基于面积平衡计算的数字迭代算法,可以同时处理多通道荧光衰减信号,获得准确的荧光寿命测量值,并具有计算速度快、抗噪声能力强、结果稳定性好、测量精度高等突出优点。首先,通过对比分析各种光纤温度传感器的原理、测温范围、精度以及适用范围等特点,低温段采用了光纤荧光测温技术、高温段采用了光纤辐射测温技术,实现从室温到1000℃的高精度测温,为了实现八通道的温度探测同时克服FFT算法在嵌入式设备计算速度慢、资源占用高等缺点,系统借鉴锁相检测原理,提出了一种基于面积平衡计算的数字迭代算法。其次,研制了一台八通道红蓝宝石光纤温度传感器样机,并详细阐述了该样机的结构组成,包括光学系统、处理电路、以及温度的定标这三个部分。该样机的测温范围覆盖室温到1000℃,分辨率达到了1℃,并且具有较高的灵敏度,能够满足高精度、大范围以及实时温度测量性能要求。最后,利用高温炉完成了光纤温度传感器样机的定标,同时通过热电偶测温进行样机测温精度的测试。测试结果表明,系统长时间工作稳定,分辨率高,具有良好的应用前景。
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