第六章温度检测技术3.ppt

* 信息采集技术 6.7.2 光纤测温 1、概述 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一门新技术, 它是伴随着光纤及光通信技术的发展而逐步形成的。  光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列优点，如不受电磁干扰,体积小,重量轻,可挠曲,灵敏度高,耐腐蚀,电绝缘、 防爆性好,易与微机连接,便于遥测等。它能用于 温度、压力、应变、位移、速度、加速度、磁、 电、声和PH值等各种物理量的测量, 具有极为广 泛的应用前景。 电子信息工程系 信息采集技术 光纤结构和传光原理 电子信息工程系 信息采集技术 说明光纤集光本领的术语叫数值孔径NA, 即  NA=n0sinθ0= 数值孔径反映纤芯接收光量的多少。其意义是: 无论光源发射功率有多大, 只有入射光处于2θc的光锥内, 光纤才能导光。 如入射角过大, 如图中角θr, 经折射后不能满足上式的要求, 光线便从包层逸出而产生漏光。所以NA是光纤的一个重要参数。一般希望有大的数值孔径, 这有利于耦合效率的提高, 但数值孔径过大, 会造成光信号畸变, 所以要适 当选择数值孔径的数值。 电子信息工程系 信息采集技术 2、光纤温度传感器 可以分为两大类: 一类是功能型（传感型）传感器; 另一类是非功能型（传光型）传感器。功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化,再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质。 光纤传感器所用光纤有单模光纤和多模光纤。 单模光纤的纤芯直径通常为2～12μm, 很细的纤 芯半径接近于光源波长的长度,仅能维持一种模 式传播,一般相位调制型和偏振调制型的光纤传 电子信息工程系 信息采集技术 感器采用单模光纤;光强度调制型或传光型光纤传感器多采用多模光纤。  众所周知, 光在空间是直线传播的。在光纤中,光的传输限制在光纤中,并随光纤能传送到很远的距离,光纤的传输是基于光的全内反射。 当光纤的直径比光的波长大很多时,可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。 光纤传感器:光源激励、光源、光纤（敏感元件） 光检测器、光电转换、处理系统、 连接件等组成。 电子信息工程系 信息采集技术 （1）功能型光纤温度传感器 光纤本身感受被测目标物体的温度变化，并引起传输光的相应变化，确定被测目标物体的温度高低和发生变化的位置。 A、黑体辐射型 B、喇曼效应型 （2）非功能型光纤温度传感器 A、液晶光纤温度传感器 温度变化－－液晶颜色变化－－光的反射率变化 －－光强变化－－对应温度变化。 精度：0.1℃ 测温范围：-50～250℃ 电子信息工程系 信息采集技术 B、荧光光纤温度传感器 荧光强度型－－利用荧光材料的荧光强度随温度变化。 测温范围： -50～200℃。 荧光余辉型－－荧光强度的衰变速度随温度变化。 测温范围：-50～250℃ C、半导体光纤温度传感器 利用半导体的光吸收响应随温度高低而变化的特性，根据透过半导体的光强度变化检测温度。 测温范围：-30～300℃ D、光纤辐射型温度传感器 与普通辐射仪表工作原理类似。 电子信息工程系 信息采集技术 半导体光纤温度传感器 电子信息工程系 电子信息工程系 信息采集技术 3、光纤测温技术及其应用 光纤测温技术处于研究发展和逐步推广实用的阶段。 应用： （1）强电磁场范围内的目标物体进行温度测量。 （2）高压电器的温度测量。 （3）易燃易爆物的生产过程与设备的温度测量。 （4）高温介质的温度测量。 信息采集技术 为测量高压带电液体温度而设计，实现了高精度、高稳定的温度测量。 1、测温范围：-55℃～+125℃ 2、测温误差：≤0.5℃(全量程范围) 3、测温分辨率：±0.1℃ 4、测温周期：45s 5、探针温度：-100℃～+260℃ 6、光纤长度：≤50m(多模光纤) 7、接口方式：标准ST接口 8、电池寿命：4.5年 9、运行温度：-40℃～+80℃ 10、探针尺寸：8(直径)mm×200(长)mm 电子信息工程系 信息采集技术 6.7.3 一线制数字温度传感器DS18B20及其应用 1、 DS18B20的封装与外部引脚 DS18B20是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，它可以在单片机的控制下组成多点温度测量系统。 GND：地； ?DQ：数据输入／输出脚（单线接口，可作寄生供电）； ?VDD：电源电压。 电子信息工程