高精度荧光光纤温度传感器及其应用技术研究

论文摘要

温度是一个基本的物理量，它是生产过程中应用最普遍、最重要的工艺参数，无论是工农业生产，还是科学研究、国防现代化，都离不开温度测量。温度测量技术是现代测试技术中应用频率最高的技术之一。荧光光纤温度测量技术作为一种新型的光纤传感技术，在温度测量领域以其抗电磁干扰能力强、高压绝缘、稳定可靠、高精度、高灵敏度、体积小以及便于组网等特点，受到各国研究者的极大关注。本论文的主要研究内容来源于国家科技部973计划课题资助项目（编号613106），以荧光光纤温度传感技术在工程的实际应用为研究重点，通过对荧光光纤温度传感器理论分析、系统设计及应用技术的研究，结合工程应用的具体要求，在高精度荧光光纤温度传感器及其测量系统的理论、设计和应用等方面，取得了创新性成果。全文共分5章，主要内容包括：第1章：综述了光纤温度传感器的研究现状，在查阅大量中英文文献的基础上，重点阐述了荧光光纤温度传感器的的研究现状，对本文的研究背景和主要研究内容进行了介绍。第2章：详细分析荧光材料的发光机理，论述了荧光测温法的基本原理及特点，并对荧光光纤温度传感器基本部件进行了特性分析，为荧光光纤温度传感系统的设计奠定理论基础。第3章：设计了基于荧光寿命测温原理的完整的温度测量系统，包括系统总体方案的确定、激发光源与荧光材料的选取、光学系统的设计，传感器的探头设计和制作、电路系统设计等，并通过实验验证了本文设计的荧光光纤温度传感系统具有较高的稳定性与实用性。第4章：提出了提高系统精度的方法策略。通过对影响系统精度的因素分析，设计了合理解决方案，以提高系统的精度，使得系统在实际要求和成本控制下达到了最好的性能。第5章：比较详细的阐述了荧光光纤温度传感器在工程中的具体应用。对荧光光纤温度传感器在电火工品的感应电流测量、锂电池安全测试、电力系统温度监测进行了研究，将荧光光纤温度传感信号与传统温度传感器传感信号和理论分析结果对比，验证了荧光光纤温度传感器应用于工程上具有较好的温度传感特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 光纤温度传感器的研究现状
• 1.2.2 荧光光纤温度传感器的研究现状
• 1.3 课题来源和主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要内容
• 第二章 荧光温度传感机理及系统主要部件特性分析
• 2.1 荧光测温原理及分类
• 2.1.1 荧光测温原理
• 2.1.2 荧光光纤温度传感器的分类
• 2.2 荧光寿命测温技术的基本理论
• 2.2.1 荧光寿命及其含义
• 2.2.2 测量方法
• 2.3 荧光光纤温度传感器基本部件特性分析
• 2.3.1 荧光材料
• 2.3.2 光源
• 2.3.3 光电探测器
• 2.3.4 光纤传输与光路耦合
• 2.4 本章小结
• 第三章 荧光光纤测温系统设计及实验分析
• 3.1 系统总体方案
• 3.2 光源与荧光材料的确定
• 3.2.1 光源与荧光材料光学性能分析实验系统
• 3.2.2 正交实验及结果分析
• 3.2.3 变温实验及结果分析
• 3.2.4 光源与荧光材料的确定
• 3.3 光学系统部分
• 3.3.1 光路设计
• 3.3.2 光纤的选择
• 3.3.3 光电探测器的选择
• 3.3.4 滤光片
• 3.3.5 光纤传感探头
• 3.3.6 光纤耦合系统设计
• 3.4 电路系统部分
• 3.4.1 光源驱动电路
• 3.4.2 光电探测电路
• 3.4.3 数据采集系统的设计制作
• 3.5 整机实验
• 3.5.1 整机系统
• 3.5.2 线性度测试实验
• 3.5.3 稳定性实验
• 3.5.4 工频耐压试验
• 3.6 本章小结
• 第四章 提高测温精度的方法研究
• 4.1 荧光强度对荧光寿命影晌实验
• 4.2 荧光余辉的指数变化规律测量
• 4.3 荧光余辉的非指数变化的机理分析
• 4.4 荧光余辉变化与光谱的关系
• 4.5 荧光余辉非指数程度的量化比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 荧光光纤温度传感器工程化应用研究
• 5.1 荧光光纤温度传感器在电火工品的感应电流监测中的应用
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 国内外研究概况
• 5.1.3 测量原理及装置
• 5.1.4 实验与分析
• 5.2 荧光光纤温度传感器在锂电池安全监测中的温度测量
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 系统组成及特点
• 5.2.3 测试与分析
• 5.3 荧光光纤温度传感器在电力设备上的应用方案
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 系统组成及各部分介绍
• 5.3.3 现场应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 硕士期间发表文章目录
• 致谢