反射式光纤氢气传感器信号处理模块的设计与实现

论文摘要

现代科技和工业的发展,对氢气传感器的成本、稳定性和使用范围提出了更多,更高的要求。与此同时随着光纤传感技术的发展,光纤传感器以其无可比拟的优势应用到各个方面。为此在查阅了大量的相关资料,尤其是国内外氢气光纤传感器的现状和发展的基础上,本文论述了一种低成本,高精度的反射式氢气光纤传感器的研制。本文在给出了传感器的总体结构设计后,就信号调制模块,信号接收模块,信号调理模块,反馈模块和数据采集模块分别做了介绍。本文从进一步提高传感器的精度和降低成本入手,对光纤传感器进行了深入的研究。通常传感器精度主要由敏感器件,传感器结构,消除噪声的算法和电路设计所决定。为了更进一步的提高氢气传感器精度,本论文力图建立全闭环反馈系统来抑制噪声干扰。闭环反馈模块设计完成后,需要对LED的输入电压就行有效的控制。对于光强输出信号,本系统需要进行有效的调制以便进行相关的信号处理算法。对于后续的数据采集,通过滤波及曲线拟合来保证传感器的精度。这样使整个系统的结构更加合理,设计更加灵活,同时降低了成本。为了验证效果,对本文中所设计的部分做了实测,并给出了相关的参数。试验结果表明本文中的设计达到了预期的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概论
• 1.1 课题来源、目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 目前广泛使用的氢气传感器原理及问题
• 1.4 本文的研究内容
• 2 反射式氢气光纤传感器的总体结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 反射式光线氢气传感器的基本原理与结构
• 2.3 传感器的结构设计
• 2.4 本章小结
• 3 传感器信号处理模块设计
• 3.1 引言
• 3.2 传感器的微弱信号处理
• 3.3 传感器的调制电路设计
• 3.4 反馈系统的硬件设计
• 3.5 反馈系统的软件设计
• 3.6 本章小结
• 4 信号数据采集模块的设计
• 4.1 引言
• 4.2 数据采集模块的总体设计
• 4.3 滤波算法的分析与实现
• 4.4 线性化处理
• 4.5 数据采集系统的实现
• 4.6 本章小结
• 5 系统测试实验及结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 曲线拟合的测试实验
• 5.3 信号调理模块的测试
• 5.4 反馈模块测试
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献