光纤液位传感器是一种常用的检测仪器，光纤液位传感器的应用范围非常广泛，在工业、化工、电子、机床、治金、石油等多个领域中都有一定的应用。接下来艾驰商城小编主要来为大家介绍光纤液位传感器的工作原理及组成部分，希望可以帮助到大家。
光纤液位传感器的工作原理
光纤液位传感器的发光器件射出来的光通过传输光纤送到敏感元件，在敏感元件的球面上，有一部分透过，而其余的光被反射回来。当敏感元件与液体相接触时，与空气接触相比，球面部的光透射量增大，而反射量减少。因此，由反射光量即可知道敏感元件是否接触液体。反射光量决定于敏感元件玻璃的折射率和被测定物质的折射率。被测物质的折射率越大，反射光量越小。来自敏感元件的反射光，通过传输光纤由受光器件的光电晶体管进行光电转换后输出。敏感元件的反射光量的变化，若以空气的光量为基准，在水中则为-6db~-7db，在油中为-25db~-30db。可对反射光量差别很大的水和油等进行物质判别。
光纤液位传感器的组成部分
（1）接触液体后光反射量的检测器件即光敏感元件;
（2）传输光信号的双芯光纤;
（3）发光、受光和信号处理的接收装置。
这种光纤液位传感器的敏感元件和传输信号的光纤均由玻璃纤维构成，故有绝缘性能好和抗电磁噪声等优点。
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毕业设计(论文)开题报告题目：光纤温度传感器的研制 系别 专业 班级 姓名 学号 导师 ****年** 月*** 日
一、毕业设计（论文）综述（课题背景、研究意义及国内外相关研究情况） 本毕业设计研制的光纤温度传感器是指在光纤温度传感系统中，光纤作为光波的传输通路，设计一种光纤传感系统，测量待测物体的温度并与标准温度计的测量值、比较、定标以实现实用化的光纤温度测量系统。 光纤和光纤通信的问世和发展，引起了各界人士的关注，他们试图将这一新技术成果用到各自的领域。光纤传感器的出现正是这样。 目前，从大量文献资料中可看到光纤传感器的研究有如下动向: 1.继续深入研究传感器的理论和技术，解决实用化问题，发展新原理的光纤传感器。 光纤传感器基本原理的研究日益深入，强度、相位调制的传感器更加完善，而对波长调制和时间分辨信息的传感器亦有深入的研究。传感器用于实际测量的主要问题是长时间的漂移效应，漂移效应主要来自光纤传输线的衰减、祸合器和分束器特性不完整、光源输出不稳定及探测器的响应等。人们对此进行了深入研究，提出了许多解决办法，无论采用何种方法，在传感头上使用“比较”技术，使光纤传感器获得长时间的稳定，这样就可以使光纤传感器实用化。 2.从单一传感器进入到传感器系统的研究，并与微处理机相结合形成光纤遥测系统。 单一光纤传感器的研究一进入到实用化阶段，但它无法适用于多参数，多变量的测量。光纤传感器系统的一种形式是采用多路传输的光无源传感器系统，其核心问题是如何节省光路，寻求更有效利用的信息通道，使其能不畸变的更多的传输由各个光纤传感器取得的信号。利用光纤之间、几个无源传感器之间、数据遥测通道之间的多路传输达到此目的。 70年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。 1977年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。 从70年代中期到80年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它
国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者：iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展，这些是目前的研究热点；后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器（其中包括电力工业用高电压、大电流传感器，利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等）。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤，碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，已迅速成长为年成交额超过10亿美金，并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议（OFS）及时报道着光纤传感领域的最新进展，并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟，可靠性和成本已得到公认，并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势，FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅（FBG和LPG）型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起，已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力，而研究的焦点也转向解决高精度应用，完善解调和复用技术，以及降低成本等几个方向上。另一方面，由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性，使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件，因此，分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类：光（纤）层析成像技术（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纤陀螺与惯导系统（IFOG，IMIU ）和常规工业工程传感器。另外，由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求，新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂
光纤液位传感器综述 摘要本文先说明了液位传感器适用的场合及其优缺点，然后介绍了观测孔式、浮子式、压力式、液位反射式和折射率改变式五种光纤液位传感器的结构及工作原理，最后举例说明光纤液位传感器的现实应用。 关键词光纤液位传感器 1.引言 从字面上讲, 传感器可比作感知自然界物理现象的人的感觉器官。从工程技术上讲, 传感器是指检测被测物体所带有的信息的仪器。传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术, 它是检测原理、材料科学、工艺加工三个要素的最佳结合。在发达国家, 传感器技术被列为核心技术之一。 液位传感器是指检测液体高度信息的仪器, 它在工业和日常生活中有着重要而广泛的用途。在化工生产中, 它可以用来计测输送聚合物时的粉体平面、反应缸的液位平面、石油化浆液位、化学储藏罐内的液体平面; 在冶金工业中, 可以用来计测制造铸件的管道熔铁平面和连续铸造生产过程中的钢包液位; 在日常生活中则可用来检测大量的汽油、柴油存储罐中的油位高度等等, 使它在工业生产和日常生活中起到耳目的作用[1]。 随着近二十年来光纤通信技术的高速发展, 光纤光缆、激光光源、光电探测以及相关的技术、材料、加工工艺已经取得了长足的进步. 由于光导纤维具有种种优良的特性, 故人们将光纤这一新型材料用于传感器, 发展了光纤传感器技术。光纤传感器技术自始至今一直在飞速发展, 各种新思路、新结构、新工艺的光纤传感器如雨后春笋、不胜枚举; 在此我们仅讨论其中的一类：液位传感器。 2. 光纤液位传感器的使用要求[2] A. 高精度和高可靠性。很多应用场合要求测量液位极值用子报警或危险指示, 所以其精度和可靠性必须极高。 B .转换性能优良, 线性特征范围宽,检测信号的信噪比高, 重复性好, 时间老化特性优良。 C .工作温度范围一般为-0℃一+125℃。 D. 尺寸小、重量轻、容易安装, 性能价格比好。 E .在污染、潮湿、有泡沫等不利环境下均能工作。与被测物体匹配好, 对被测体环境适应能力强, 不破坏被测体的状态, 检测信号不受被测体环境的干扰。 3.光纤液位传感器的优点 光纤传感器与传统传感器相比是用光而不是用电来作为传递敏感信息的媒质,用光纤而不是用电缆来作为传输媒质。它以光学技术为基础, 将被敏感的状
光纤温度传感器在电力电缆监测中的应用研究 发表时间：2018-01-10T10:12:31.343Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：郑瑜 [导读] 摘要：针对电力电缆运行特征的监测与控制始终是电力技术研究的重要内容，准确高效的线路故障定位能够提升线路运行管理与故障预警及处理的实际效率，为电网的稳定运行提供有效支持。 （国网上海浦东供电公司 200122） 摘要：针对电力电缆运行特征的监测与控制始终是电力技术研究的重要内容，准确高效的线路故障定位能够提升线路运行管理与故障预警及处理的实际效率，为电网的稳定运行提供有效支持。光纤温度传感器作为一种更为高效精确的测温装置，在当前的电力电缆监控中得到了有效的应用。本文在阐述光纤温度传感器工作原理的基础上，分析了相应系统的整体功能，并提出了实际情况下的具体的应用，旨在提供一定的参考与借鉴。 关键词：电力电缆；监测；光纤温度传感器 1光纤温度传感器工作原理 电传导是以电流作为传导媒介，同理光纤传感器是以光作为媒介进行的传导的，只不过它的传导过程比电传导更加复杂。它是将变化的能量转化成变化的光信号，光是一种相干性特别好的物质，这便让它更具特点，比传统的传感器都稳定，而又因为光的抗电磁干扰能力强，这也使光纤传感器受外界影响更小。同时具备以上特点的光纤传感器还特别轻小、柔韧，所以也便可以到处可用，解决了传统传感器无法再高压、强电流无法使用的窘境。 在目前的光纤传感器中大多应用了光纤光栅和拉曼散射等原理，光纤光栅是利用布拉格波长的温度依赖性进行监控温度的变化。每当有光线通过光栅时，电脑就会记录下一系列的波长、温度等数据，然后根据事先编写好的程序计算出光纤传感器附近的温度。而对于其他原理也可以计算出温度，如拉曼传感器的原理就和光纤光栅传感器不同，但并不意味着就无法保证了数据的准确性，拉曼传感器测出的温度同样准确，它使用了光时域反射的原理。同样在传感器中也有用到了光纤的后向拉曼散射原理，这种原理是基于光在不同种介质中会产生非弹性漫射，而这传感器主要就是利用产生了不同的非弹性漫射波进行对温度计算，最终得到精确的温度数据。 2电力电缆温度在线监测系统功能分析 根据电缆接头数量多、集中性差的特点，系统采用“分散-集中-再集中”结构，系统硬件结构如图1所示，系统由温度传感器、测控单元、数据传输设备及上位PC机组成。 图1电力电缆温度在线监测系统结构 温度传感器安装在电缆中间接头处，测控单元从各温度传感器读出电缆接头的实际温度，处理后存入外部存储器SRAM中，上位PC机定时向各测控单元发出读取电缆接头温度数据的命令，各测控单元收到命令后，将存在SRAM中的数据上传给PC机。当SRAM中的数据被PC机读取后，各测控单元会重新读取各温度传感器当前数据，进行温度数据更新。 PC机收到各测控单元温度数据后，即对数据进行分析处理、判断、显示、保存及打印等，并在温度越限时报警，提示相应电缆接头位置，以便运行人员及时排除故障。 2.1温度传感器的选择 温度传感器选用单总线数字温度传感器。每个传感器有唯一的系列号，多个传感器可在同一条总线上。具有独特的单线接口方式，支持多节点。传感器测温时无需任何外部元件，使分布式测温系统电路结构和硬件大为简化，具有通过数据线供电、超低功耗工作方式的特点。 2.2测控单元 测控单元是整个系统最重要的部分，根据实际需求，系统可以包括1个或多个测控单元。系统的测控单元采用单片机构成，用来完成传感器输出数据的采集、序列号的注册及与上位PC机的通信等。 由于1个测控单元要与多个温度传感器连接，且距离较远，为提高测控单元的抗干扰能力和可靠性，测控单元与传感器之间的连接由光电隔离和驱动电路组成。 每个测控单元还设计了1个登记注册端口并接至单片机，每个传感器在投入使用前必须事先进行注册，并将其惟一的序列号存入SRAM 中，以便使用。这是当发生温度越限报警后快速定位的重要依据。该系统内部每条总线连接不同单片机单片机分别进行单总线温度采集，采集到的数据和传感器的序列号通过GPRS网络传送到上位PC机中。 2.3数据传输 各测控单元与上位PC机之间的通信采用GPRS。GPRS是在现有GSM网络基础上通过软件升级实现的，GPRS网络的出现克服了GSM 网络在数据应用方面的缺点。采用分组交换技术，并增加2个服务节点。提供无线系统上的数据业务，可以无缝接入Internet，具有永远在线、按流量计费、覆盖范围广及无需铺线等优点。 3光纤温度传感器在电力电缆监测中的具体应用 3. 1实时监控电力电缆表面温度 通过光纤温度传感器对电力电缆表面温度实时检测，可以实现对工作电缆的问题及时处理，防止在电厂站工作时出现重大的电力电缆由于温度过高出现的重大事故。可以对电力电缆工作中出现的电力电缆事故进行定位，从而及时告诉工作人员事故位置可以更好的修护，
光学液位传感器 史建军 史红军 史永基 摘要：本文描述了三种光学液位传感器的结构、工作原理和信号处理技术。第一种简单低耗非接触光学液位传感器仅由一个光源和一个光电接收器组成；第二种光纤易爆燃料液位传感器又分吸收和数字编码两种类型，前者由LED光源和多模光纤组成，后者利用光纤与光波导间的耦合；第三种荧光液位传感器利用掺杂玻璃或塑料中产生的荧光辐射来探测液位。 关键词：光学液位传感器、光纤液位传感器、荧光液位传感器。 文章编号：1006-883X（2002）09-0004–06 文献标识码：A 中图分类号：TP212.14 一、引言 条件监控和测量系统在现代自动化技术领域应用广泛，其关键性部件就是传感器。随着自动化技术的进展，传感器的设计和研制有了长足的进步。光学技术在仪表和传感器（尤其是非接触测量）领域一直起着重要作用。在光学传感器中，信息由待测物理/化学变量传递给光束，然后确定光束特性的变化。这种结构使光学传感器具有许多优点，如， ①结构是介电性的，可用于高压、电噪声、高温、腐蚀性和应力环境中，信号抗电磁和射频干扰； ②可靠性高、运转安全、无放电危险； ③无剩余电容和磁感应效应； ④体积小、重量轻； ⑤可用于无法接触的恶劣环境； ⑥可进行遥感。 一般说，光学传感器包括：光源、传感元件、光电接收器、信号处理和显示电子线路。光学传感器的特性
取决于上述四部分在所组成系统中的相对位置。传感器系统的封装在确定传感器整体特性方面起着重要作用，例如光学元件、光机元件和光电元件的准直、热稳定性、对寄生辐射的屏蔽和可靠性等。 本文介绍三种简单、低耗、实用的光学液位传感器系统的结构、 工作原理和信息处理技术。 第一种光源液位传感器简单低耗，光源为发光二极管（LED）、 激光二极管（LD）或光纤传递的光源，接收器为针形光电二极 管或雪崩光电二极管。这种传感器属于光强调制型传感器，光 从液面反射/折射，或者被液体吸收。光电探测器所探测的光 束强度是液位的函数。 第二种是光纤液位传感器，主要用于测量易爆液体燃料。又分 差分吸收型和数字编码型。前者在18cm 的动态范围上的长期 分辨率为±2mm，光纤连接器和光纤弯曲损失≤1dB，环境光功 率为≤0.5μ 2 W，传感头所要求的光功率<10μW；后者在40cm 的 动态范围上的分辨率为±2mm，对液位信息直接进行数字编码，无需标定，无漂移，电子仪器简单。 第三种荧光液位传感器是利用掺杂玻璃或塑料条的荧光辐射来探测液位。 上述三种光学液位传感器的结构简单、低耗、稳定可靠，具有广泛的实用价值。 二、简单低耗普通光学液位传感器 1、基本光学液位传感器的结构 基本光学液位传感器仅由光源（例如LED、LD 或光纤传送光源）和光电探测器组成。这两种元件的布局有4种不同的方式，如图1~4所示。在第一种传感器结构中（图1），光源位于装有待测液体管子的顶部，光电接收器位于管子的底部。第二种结构与第一种正好相反，光源位于管子的底部，而光电接收器位于管子的顶部，如图2所示。在第三种结构中，光源和光电接收器都位于管子的顶部，这时管子的底部应涂上抗反射镀层，以防底部的反射光到达光电接地器，只有液面反射光才能到达光电接收器，如图3所示。第四种结构是光源和光电接收器都位于管子的底部，如图4所示。在上述四种结构形式中，前两种是透射型，后两种是反射型。光源必须散射角小，以免管子侧壁反射，低功率激光二极管（LD）是较好的光源，光束发散角仅为mrad 量级，而且是相干光束。最适于接收管中液面折射或反射连续波光束的光电接收器是针形光电二极管。
光纤传感器的应用与发展趋势 学生：王超 学号：1049721103105 专业：物理电子学 光在传输过程中，光纤易受到外界环境的影响，如温度、压力等，从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化，通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量，这就是光纤传感技术。该技术是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。密集波分复用D W D M 技术、掺铒光纤放大器EDFA 技术和光时分复用OTDR 技术的不断发展成熟，使得光纤传感技术以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，获得了飞速的发展，各种光纤传感器系统层出不穷。 光纤传感器系统的原理 由于光纤不仅作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时，光波的特征参量( 振幅、相位、偏振、波长等) 会因外界因素（温度、压力、应变、电场、位移等）间接或直接的发生变化，从而可将光纤用作传感元件探测物理量。根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为功能型、非功能型、拾光型三大类。 1、功能型光纤传感器中光纤不仅作为导光介质也是敏感元件，光在光纤内受到被测量物理量的调制。它的特点是结构紧凑、灵敏度高，但它须用特殊光纤和先进的检测技术，因此成本高。光纤陀螺即是典型的功能型光纤传感器。 2、非功能型光纤传感器中光纤仅起导光作用，光照到非光纤型敏感元件上受被测量物理量调制。因其无需特殊光纤及特殊技术，易实现、成本低，但灵敏度也相应较低，常用于灵敏度要求不太高的场合。目前的光纤传感器大多是该类型的。 3、拾光型光纤传感器中光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、 散射的光。如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。 光纤传感器的特点 由光纤传感器的原理我们可以很容易理解它有如下几个特点： （1 ）光纤具有宽波长范围、低衰减的特性，光源、检测器和光学元件的选择余地大，可以适用于不同的应用场合。
光纤式传感器 传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。 一、光纤传感器的基本原理及组成 光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长频率、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器 强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可
直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器 相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。
液位测量技术研究背景现状及趋势 1研究背景 (1) 2液位测量技术的概述 (1) 2.1液位的概述 (1) ①雷达液位传感器 (2) ②超声波液位传感器 (2) ③同位素/放射性液位传感器 (3) ④电子类液位传感器 (3) ⑤热学式液位计 (4) ⑥光学液位计 (4) ⑦液压类液位计 (4) 2.2国内外液位测量的现状分析 (5) 2.3国内外液位传感器的发展方向 (6) 1研究背景 在很多工业生产过程中，常常需要测量各种固体、液体物料的高度、体积等参数，但是由于测量是瞬时的动态信号，数据的精确性、稳定性、可靠性要受到诸多环境因素的影响，如温度、油压、油管的阻尼比、变频器的高频干扰、油路的泄漏等。液位测量主要是基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数的变化的原理而实现的。这些物理参数可能是电量的或非电量的如电阻、电容、电感、差压以及声速和光能等，它们的共同特点是能够反映相应的液位变化并易于检测。由于电子技术的发展，很好地解决了温度变化和寄生电容干扰等对电容式传感器测量准确度的影响为电容式传感器的应用开辟了广阔的前景。 2液位测量技术的概述 2.1液位的概述 在各种化工、食品、石油、仓储等工业生产过程中，经常要对存储在储仓、罐和其它容器中的生产原料及产品、液体或固体的体积或高度进行测量和控制以确保生产的正常进行，通常方法是对物位进行测量，而物位又可以分为液位、料位、界面三种。即： 1) 液位是指：积存于各种容器内的液体表面高度及所在的位置称为液位， 如油罐、水库、水塔等容器内所储的液体表面的位置或高度。 2) 料位是指：固体颗粒、粉料、块料的高度或表面所在位置称为料位，如
液位检测光纤传感器系 统设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
北京化工大学 检测技术及仪器 题目：液位检测光纤传感器系统设计 专业：测控技术与仪器 班级：测控1303 姓名：孙应贵 学号： 1检测系统构成 光纤液位传感器的结构如图所示传感器的主要组成部分有：双膜盒光纤位移探头和防水支撑结构。双膜盒是水压变化的敏感组件膜盒中央为光滑平面近似反射平面，为提高反射光强度可以在膜盒中央粘贴一个小反射镜水压变化时双膜盒的1个膜片均发生形变 : 状态。在实验装置中，光纤采用多光束光纤。光纤分布呈半圆状、投射光纤输出端和接受光纤接收端纤芯直径为1mm膜盒内部为低真空状态。测量时调整探头位置，将探头
位置设置在输出特性曲线中较为灵敏的位置上。当水面升高引起压力增加时，膜盒压缩、间隔增大,若压力减小时，膜盒膨胀，间隔减小。 光纤液位传感器的系统框如图3所示。主要包括：光纤位移探头、双膜盒检测器、 LED的光功率进行控制. 由脉冲发生模块产生较为稳定的脉冲信号通过比较放大模块和激光管驱动电路驱动 LD背向光检测器接收的光功率并将其转化为电信号。此信号通过调理电路处理后送到比较放大模块，与脉冲信号进行比较放大，并再次送入激光管驱动电路，完成对LD 光功率的稳定控制，使LD的光功率在一个很小的范围内波动。 激光器的驱动电路采用射极偏置电路。它是交流放大电路中最常见的一种基本电路。电路设计如图5所示。 信号调理电路 信号调理电路包括光电流的ＩＶ及前置放大电路（图７）．带通滤波电路真值转换电路和后置放大电路．从出射光纤接受的信号中含有背景光噪声．经过前置放大后，需要从其中得到可用信号．所以在前置放大后需要带通滤波电路将其中有用信号提取出来．考虑到前置放大器工作的稳定性，放大器的电流电压转换系数不宜太大．在光信号较弱的情况下，前置输出的信号较小．因此，调理电路中的带通滤波器采用带增益的有源滤波器．如图８所示．
题目光纤传感技术读书笔记学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师：
摘要：主要阐述了光纤传感技术的原理、特点及国内外的发展情况，介绍了在 实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感技术存在的问题，指出了今后的发展的方向，为光纤传感技术的深入研究提供了有益的参考 关键词：光纤传感技术；测量精度；光纤传感器 1 前言 自1966年高昆博士提出光纤传输的理论，以及1969年日本平板波利公司制出200dB/KM梯度光纤以来，光纤传感技术取得了飞速发展，而且已经形成了独立的光通讯产业形成。由于它独特的优点，决定了可实现某些特殊条件下的测量工作，比常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一，它以技术含量高、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2 光纤与光纤传感器的原理 光纤的结构由纤芯，包层，涂覆层，护套组成。光缆的结构由12×12的光纤阵列，光纤带，纸，聚乙烯内壳，聚烯烃双绞线，聚乙烯外壳，抗应变的钢索组成。而光纤传感器通常由光源、传感光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。其传光原理是利用了光的全反射原理，将被测参量转换为光信号参数的变化。众所周知，描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受到外界影响而发生改变，特别是温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时，都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相位物理量的大小。 从结构上来讲，光纤传感器与电类传感器对比，光纤传感器的调制参量是振幅，相位。而电类传感器是电阻，电容，电感等。光纤传感器的传输信号为光，而电类传感器的传输信号为电。传输介质也有了很大的不同，光纤传感器的传输介质是光纤，光缆，而电类传感器的介质是电线，电缆。由结构的对比可见，光纤传感器与电类传感器是并行互补的一类新型传感器。 从应用上来讲，光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点，即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好，而且测量对象广泛。因此，在传感器行业中，光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面，这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差，使得其适用范围受到限制。 3 光纤传感器的调制技术以及光信号的解调技术 光纤传感器的调制技术有四种，(1)强制调制，(2)相位调制，(3)偏振态调制，(4)频率调制。 强制解调有1)利用小的线位移或角位移进行强度调制；2)反射式强度调制；
北京化工大学 检测技术及仪器 题目：液位检测光纤传感器系统设计 专业：测控技术与仪器 班级：测控1303 姓名：孙应贵 学号：2013014071 1检测系统构成 光纤液位传感器的结构如图所示传感器的主要组成部分有：双膜盒光纤位移探头和防水支撑
结构。双膜盒是水压变化的敏感组件膜盒中央为光滑平面近似反射平面，为提高反射光强度可以在膜盒中央粘贴一个小反射镜水压变化时双膜盒的1个膜片均发生形变在一定的水压范围内膜盒中央的位移形变量与水压的变化量成正比通过光纤位移探头测量膜盒中央的位移形变量实现对水压室水压的测量从而得知水面高度变化量。 2光纤位移探头输出特性分析 在系统中需要确定水压传感装置的工作点:即确定光纤探头端面和膜盒反射面的间隔。首先需要测得光纤位移探头的输出特性曲线图。图表明在波峰前端有一段线性度较好的区间，线性区的中点对应探头端面离反射面约1.25mm处选择该点作为系统的工作点确定初始状态。在实验装置中，光纤采用多光束光纤。光纤分布呈半圆状、投射光纤输出端和接受光纤接收端纤芯直径为1mm膜盒内部为低真空状态。测量时调整探头位置，将探头位置设置在输出特性曲线中较为灵敏的位置上。当水面升高引起压力增加时，膜盒压缩、间隔增大,若压力减小时，膜盒膨胀，间隔减小。 光纤液位传感器的系统框如图3所示。主要包括：光纤位移探头、双膜盒检测器、光电探测器、前置放大器、带通滤波器、真有效值转换和后置放大器等。 3电路系统设计 3.1稳光强激光调制系统 由于系统采用单接收光纤。光源的稳定成为整个系统稳定工作的重要环节。为此，系统设计了较为精密的稳光强电路（图4）。光源系统采用负反馈方式对LED的光功率进行控制. 由脉冲发生模块产生较为稳定的脉冲信号通过比较放大模块和激光管驱动电路驱动LD 背向光检测器接收的光功率并将其转化为电信号。此信号通过调理电路处理后送到比较放大
光纤温度传感器 电子092班 张洪亮 2009131041
光纤温度传感器 摘要 本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程开始详细分析国内外 主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过研究发现了当前的光纤温度传感器的种类和特点，详细介绍了光纤温度传感器的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以根据这些传感器各自特点将各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较详细地分析了介绍了空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采用的研究方案也做出了详细地介绍分析。 关键词：光纤传感器，光纤温度传感器，运用领域，空调器，空调器原理 1 引言： 光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。70 年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977 年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。从70 年代中期到 80 年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高; 是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。目前，世界各国都对光纤传感器展开了广泛，深入的研究，几个研究工作开展早的国家情况如下:美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是: 光纤传感系统;现代数字光 纤控制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控; 民用研究计划。以上计划仅在 1983 年就投资 12-14 亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等 28 个主要单位。美国光纤
文章编号:100320794(2004)0820009202 光纤传感器的应用和发展 马天兵,杜 菲 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:主要阐述了光纤传感器的原理、特点及国内外的发展情况,介绍了在实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感器存在的问题,指出了今后发展的方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益的参考。 关键词:光纤传感器;测量精度;传感技术 中图号:T N253文献标识码:A 1 前言 自20世纪70年代以来,光纤传感器取得了飞速发展。由于它独特的优点,决定了可实现某些特殊条件下的测量工作,比常规检测技术具有诸多优势,是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一,它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2 光纤传感器的原理 光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。 光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点,即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好,而且测量对象广泛。因此,在传感器行业中,光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面,这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差,使得其实用范围受到限制。 3 国内外光纤传感器的发展概况 由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视,各国家更是竟相研究开发并引起激烈的竞争。 美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家,在军事和民用领域的应用方面,其进展都十分迅速。在军事应用方面,研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NAS A)的有关部门负责,并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数,监测桥梁和重要建筑物的应力变化,检测肉类和食品的细菌和病毒等。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”,该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。20世纪90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。 我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究,其起步时间与国际相差不远。目前,已有上百个单位在这一领域开展工作,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究,取得了上百项科研成果,其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值,有的达到世界先进水平。每年发表的论文、申请的专利也不少。但与发达国家相比,我国的研究水平还有不小的差距,主要表现在商品化和产业化方面,大多数品种仍处于实验室研制阶段,不能投入批量生产和工程化应用。 4 光纤传感器的应用 光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年 ? 9 ? 2004年第8期 煤 矿 机 械
液位控制/水位控制的核心在于液位传感器，它决定了液位控制系统的可靠性、稳定性及使用寿命。液位控制显示仪表做得好坏，可以起到景上添花的作用，可以增加很多功能，但并不是决定液位控制系统寿命的核心。目前大部分液位传感器在清水中使用寿命最长。一般一年多，好一点的两年，一般不超过三年，差的仅几个月。在热水中绝大部分液位传感器不能使用，在污水中液位传感器的使用寿命会大打折扣。所以，现有的液位自动控制系统使用寿命一般就是一两年，这和现代微电子技术的发展形成鲜明对比。现代微电子技术如我们的冰箱彩电等使用寿命至少都在七八年以上。现有液位传感器技术有：电极式、光电式、GSK/UQK/GKY、压力传感器、超声波传感器等，下面对其原理和性能进行分析比较。 一、电极式液位控制/水位控制原理 电极式是最早的液位控制/水位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合。图1.1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用。所以电极式液位传感器在清水中使用也只有几个月的寿命，在污水和热水中均不能使用。电极式液位控制技术，简单便宜，但使用寿命较短。为了弥补电极式液位控制技术的缺陷，人们想办法将电极和水分离出来，于是出现了干簧管，形成了UQK和GSK两种液位控制技术。 二、UQK液位控制/水位控制原理 干簧管将电极触点密封在玻璃管内，接近磁铁，触点就会吸合。所以人们在浮球里放一块磁铁和上、下两个干簧管，通过导线将浮球固定于水池中，如图2.1。这就是UQK的液位控制/水位控制方式。当水池无水的时候，浮球下垂，磁铁在下限干簧管处，故下限干簧管吸合。当水池有水的时候如图2.2，浮球上翻，磁铁在上限干簧管处，故上限干簧管吸合。将干簧管触点串接交流接触器，就可以控制水泵启动，见图2.3。这种方式依靠水的浮力使浮球上下翻转，上限、下限间的距离依据导线的长度来决定。由于要考虑耐流问题，导线不能太细。同时导线使用一段时间后，变得僵化发硬，翻转很不灵活。于是浮子翻转有时高一点，有时低一点，
自 动化仪表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION 第40卷第6期 2019年6月Vol. 40 No. 6Jun. 2019 光纤传感技术在核电厂的应用研究 向美琼，刘艳阳，青先国，吴茜，王雪梅,邓志光 (中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室，四川 成都610213) 摘 要：对光纤传感技术的优势、原理、分类、发展趋势、已有应用作了分析。光纤传感器具有抗电磁干扰、耐事故能力强、小型化、精 度高等优点，已应用于各行各业，但在核领域还没有应用。国外对光纤传感器在核电厂的应用研究起步早，得出了很多重要结论;而 国内研究晚,研究内容少。结合核电厂的过程参数测量需求与光纤传感器的优势，拟出了光纤传感器在核电厂的应用路线，提出了采 用光纤传感器对堆芯温度、中子通量、一回路温度、压力、流量、液位、管道泄漏和安全壳温度、压力、辐射、湿度、氢气浓度等参数进行 测量的全光系统解决方案。分析了限制光纤传感器在核电厂应用的最大因素，即光纤的辐照损伤效应。提出了几点辐照加固措施， 为后期研究光纤传感器在核电厂的应用提供了思路。 关键词：光纤传感器；全光系统；本质安全；核电厂；过程测量；辐照损伤；辐照加固 中图分类号：TH-89 文献标志码：A DOI ：10.16086/j. cnki. issnl000-0380.2019030072 Research on Application of Optical Fiber Sensing Technology in Nuclear Power Plant XIANG Meiqiong,LIU Yanyang,QING Xianguo,WU Qian,WANG Xuemei,DENG Zhiguang (Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory ,Nuclear Power Institude of China ,Chengdu 610213,China) Abstract : The advantages , principles , classification , development trend and existing applications of optical fiber sensing technology are analyzed. Optical fiber sensors have the advantages of anti-electromagnetic interference , strong accident resistance , miniaturization and high precision. They have been applied in various fields , but there is no application in the nuclear field. Foreign research on the application of optical fiber sensors in nuclear power plants started early , and many important conclusions were drawn , while domestic research is late and the research content is less. Combining the process parameter measurement requirements of nuclear power plants with the advantages of optical fiber sensors , the application route of optical fiber sensors in nuclear power plants is proposed. An all-optical system scheme using optical fiber sensors to measure core temperature , neutron flux , primary circuit temperature , pressure , flow , liquid level , pipeline leakage and containment temperature , pressure , irradiation dose , humidity , hydrogen concentration is proposed. The most important factor limiting the application of optical fiber sensors in nuclear power plants, i. e., the radiation damage effect of optical fibers , is analyzed. Some ideas for the later research on the application of fiber optic sensors in nuclear power plants are also provided. Keywords : Optical fiber sensor ； All-optical system ； Intrinsically safe ； Nuclear power plant ； Process measurement ； Irradiation damage ； Irradiation reinforcement 0引言 核电厂是一个规模庞大且复杂的系统，需要测量 的参数众多，例如温度、压力、流量、液位、振动、位移、 转速等。传统电学仪表已大量用于核电厂过程参数测 量,但其自身原理决定了其在核电厂应用时存在一定 的局限性,特别是在抗电磁干扰、设备小型化、耐事故 能力等方面的不足，导致了现有仪表性能与核电厂发 展需求之间的矛盾日益突出。光纤传感技术的研究始于20世纪70年代，是光 电技术领域最活跃的分支之一。作为被测量信号载体 的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特 的、其他载体和媒质难以相比的优点，例如:具有抗电 磁和原子辐射干扰的性能;径细、质软、质量轻的机械 收稿日期：2019-03-26 作者简介：向美琼(1990-),女,在读硕士研究生，主要从事光纤传感器方向的研究,E-mail ： 1129275059@ qq. com ； 刘艳阳(通信作者)，男,研究员级高级工程师，主要从事核电厂仪表与控制方向的研究,E-mail ：lieu007@ 139. com