基于CCD的双金属光纤温度传感器的研究

论文摘要

温度是工业生产和生活中最重要、最普遍的物理量。在一些易燃易爆、强腐蚀、高压、强磁场等恶劣的环境中对温度进行在线的测量,设计一种低成本、高可靠性的温度传感器显得非常重要。在分析了当前温度传感器的发展现状的基础上,本文介绍了一种由双金属片,编码盘,混合排列光纤束,线阵CCD和数据处理系统构成的温度测量系统。双金属片随温度变化产生位移,并带动编码盘转动,光源照射在编码盘上就会反射带有温度信息的光,光经过一列线性排列的光纤束传递出现场,通过线阵CCD和数据处理系统计数光纤束点亮的根数,实现了一次仪表不带电的温度测量。采用双金属片反映温度变化,用混合排列光纤束传输光信号能够有效降低成本、提高可靠性,并且电绝缘;编码盘的设计使本系统克服了遮挡光路型双金属光纤温度传感器光强调制电路的缺点。因此,本设计能够克服传统带电温度传感器和一些光纤温度传感器设计复杂、可靠性不高的缺点,应用在一些特殊的场合中。本文详细介绍了CCD光纤温度传感器的原理和设计思路,并且给出了基于CPLD的线阵CCD数据采集系统的实现方法。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 温度传感器发展现状
• 1.2 传统带电温度传感器
• 1.2.1 热电势式测温传感器
• 1.2.2 电阻式温度传感器
• 1.2.3 半导体PN 结特性测温传感器
• 1.2.4 数字温度传感器
• 1.3 光纤温度传感器
• 1.3.1 双金属片光纤温度传感器（遮挡光路型）
• 1.3.2 光纤荧光寿命温度传感器
• 1.3.3 分布式光纤温度传感器
• 1.4 研究的背景和意义
• 1.5 温度传感器的发展方向
• 本章小结
• 第二章 CCD 双金属光纤温度传感器的原理
• 2.1 CCD 双金属光纤温度传感器系统设计原则
• 2.2 CCD 双金属光纤温度传感器的结构
• 2.2.1 双金属片
• 2.2.2 双金属温度计
• 2.2.3 编码盘
• 2.2.4 传输光纤结构
• 2.2.5 光源
• 本章小结
• 第三章 数据采集与处理系统设计
• 3.1 电荷耦合器件（Charge Coupled Devices）
• 3.1.1 CCD 工作原理
• 3.1.2 电荷耦合摄像器件
• 3.1.3 电荷耦合摄像器件的特性参数
• 3.1.4 CCD 器件的选型
• 3.1.5 TCD1208AP 的使用
• 3.2 模拟信号调理
• 3.3 ADC 模数转换
• 3.3.1 ADC 选型
• 3.3.2 MAX1101 结构和工作原理
• 3.3.3 MAX1101 时序要求
• 3.4 驱动电路设计
• 3.4.1 驱动方式选择
• 3.4.2 可编程逻辑器件
• 3.4.3 ALTERA EPM7064SLC44
• 3.5 数据缓冲器（buffer）
• 3.6 MCU
• 本章小结
• 第四章 系统硬件电路设计
• 4.1 CPLD 驱动电路详细设计方案
• 4.1.1 EPM7064SLC44 最小应用系统
• 4.1.2 CCD 驱动
• 4.1.3 ADC 驱动
• 4.1.4 FIFO 驱动
• 4.1.5 与CPLD 相关的器件
• 4.2 模拟调理电路设计
• 4.3 数据处理与显示电路
• 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 基于CPLD 的系统驱动实现
• 5.1.1 硬件描述语言
• 5.1.2 QuartusII FPGA/CPLD 开发EDA 工具
• 5.1.3 系统驱动的Verilog HDL 语言实现
• 5.1.4 ModelSim 仿真测试
• 5.2 数据处理及显示设计
• 本章小结
• 第六章 CCD 光纤温度传感器的测温实验
• 6.1 CCD 光纤温度传感器实验设备
• 6.2 实验电路调试问题及解决方法
• 本章小结
• 第七章 课题的总结与展望
• 参考文献
• 附录一 研究生期间发表的论文
• 附录二
• 详细摘要