基于Internet的光纤测温系统研究

论文摘要

荧光光纤温度测量系统在工业生产和生物医疗等领域有着广泛的应用前景,特别是具有网络功能的分布式光纤测温系统。所以开发一种可以通过Internet网络进行远程数据交换的分布式荧光光纤测温系统在工程实践中具有十分重要的意义。 本文研究了基于Internet的远程光纤测温传感系统的设计方法,并就该系统的理论基础、荧光光纤温度测量的实现方法、远程数据传输方法、硬件和软件设计等做了详细的讨论,另外还阐述了嵌入式网络协议栈开发的原理及应用方法。 整个系统采用基于嵌入式TCP/IP网络的数据传输方法,使得该系统的远程特性没有地域和空间限制,并可以通过Internet浏览器访问任何一个系统中的传感和控制节点,即每个传感器节点都是一个Web Server。通过荧光光纤传感系统的余辉曲线获得被测物体表面温度的信息,并利用多种数据处理方法消除工业干扰和测量误差,确保系统的测量精度。并且利用过采样方法提高了A/D变换器的分辨率。利用100MIPS的Cygnal MCU构成传感器Web Server节点。并利用对数据分组的过滤技术避免处于公共网络中的传感器Web Server节点受到攻击。由于嵌入式传感器网络的特殊使用环境和特性,针对传感器Web Server开发了一套适用性更强的TCP/IP协议栈,以充分发挥硬件性能。并且为远程节点提供了灵活的软件支撑。 通过工业现场的实际应用和调试使整个系统具有很高的测温精度,以及长期稳定性,通过公共网络的数据传输过程也具有非常高可靠性和安全性。在-55摄氏度到210摄氏度范围内具有0.25度的分辨率和0.5度的精度。在远程客户机上通过浏览器可以快速的浏览超过2000点的瞬时温度信息和长时间温度变化曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光纤传感系统的发展概况
• 1.1.1 光纤传感器的发展趋势
• 1.1.2 光纤温度测量的研究现状
• 1.2 测量系统远程数据传输技术的发展
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 2 荧光光纤温度测量方案论证
• 2.1 荧光光纤温度测量的理论基础
• 2.1.1 荧光物质的发光机理及温度特性
• 2.1.2 光纤中光的传输
• 2.2 荧光光纤温度测量的系统方案
• 2.2.1 荧光光纤测量系统框图
• 2.2.2 误差分析
• 3 光学系统部分
• 3.1 光路设计
• 3.2 光纤的选择
• 3.3 光源的选择
• 3.4 荧光材料的选择
• 3.5 粘结剂及保护套材料的选择
• 3.6 光耦合器件的选择
• 4 测温系统电路部分
• 4.1 光电转换电路设计
• 4.1.1 光电探测器工作原理
• 4.1.2 光电探测器的选择
• 4.1.3 光电探测器的非线性
• 5 远程通讯系统的设计
• 5.1 网络接入问题
• 5.2 8位MCU接入的设计
• 5.2.1 以太网电路设计
• 5.2.2 以太网程序的设计
• 5.3 网络协议的实现
• 5.3.1 TCP/IP协议介绍
• 5.3.2 嵌入式TCP/IP协议特点
• 5.3.3 ARP协议实现
• 5.3.4 IP协议实现
• 5.3.5 UDP协议实现
• 5.3.6 TCP协议实现
• 5.3.7 具体应用中UDP和TCP协议的选择
• 6 测温系统中的数学处理
• 6.1 乘加对噪声抑制的数学分析
• 6.2 黄光时间常数的数学模型分析
• 6.3 最小二乘法的原理
• 6.4 最小二乘拟合法求荧光时间常数数学分析
• 6.5 一个高灵敏度的荧光时间常数数学模型
• 6.6 任意波形下放大器瞬态响应分析
• 7结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢