荧光型光纤温度传感器的测温系统研究+程序(2)
1.2.1 红外测温系统 红外测温技术是现在比较流行的一门技术，也是应用比较广泛的一门技术，国外20 世纪 60 年代开始成形，并应用于监测电力设备的缺陷，我国最近也开始开展研究，致力于电力应用。红外测温原理图如图 1.1 所示，当由红外仪器测温时，被测物体发射出的红外线时，测温的光学系统在探测器上感知并转换为电信号，处理该信号，将温度显示出来，有几个决定精确测温的重要因素，其中最重要的因素是发射率、视场到光斑的距离和光斑的位置。发射率，所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。当红外测温仪测量表面温度时，仪器能接收到所有这三种能量。 通过红外测温系统可以测量电缆表温面度，可以实现对缆线非接触性测量，实时的在线监测，但是这种测量技术，成本过高，而且测量范围小，不适合电缆在线监测。 1.2.2 分布式光纤测温系统 光纤测温是 20世纪一项非常重要的测温技术，目前国外已经有将其应用的实例。丹麦在 2005 年将其应用在三相两回路 400KV挤出的绝缘电缆中安装此种测温装置。在国内，大部分电缆此类测温还停留在理论研究和实验阶段。分布式光纤测温系统原理是利用光时域反射的拉曼散射分布式光纤测温传感器，其基本原理如下：
1.3 荧光型光纤测温系统 荧光光纤温度传感器作为一种新的温度测量技术，通过一定的波长的光激发荧光材料，辐射出荧光能量。撤消光源后，荧光余晖的能量取决于荧光物质特性、环境温度等因素。不同环境中，荧光余晖衰减也不同。所以通过测量荧光余晖寿命的长短，就可以得到的被测物体温度。
1.3.1 荧光型光纤测温技术的特点 抗电磁干扰能力好、抗高压、性能稳定、微小尺寸、长寿命及耐腐蚀、适应性好，不需要校准标定，非常适合于高电压、强电磁等特殊环境下温度控制监测。
1.4 本文的主要内容和结构 本文从理论和实验上设计了一种基于单片机的荧光型光纤测温系统，内容如下： 第一章介绍了当今电缆温度测控主流研究现状，和荧光型光纤的优点。 第二章介绍了光纤传感器的原理以及系统搭建的原理。 第三章介绍了系统的整体设计方案，和分析调试。 第四章实验数据分析以及优缺点分析等 。
2 荧光型光纤传感器测测温原理 2.1 荧光型光纤测温机理 荧光型光纤温度传感器作为测温系统的开始温度传感模块。其测温基本原理为：荧光强度和受激励光源强度及荧光材料的温度有关,如果激励光强度一定,荧光强度就只与荧光材料温度有关,且随时间衰减。一般温度越低时荧光余晖越强,由于荧光余辉的衰变时间常数是温度的单值函数，余辉和温度的联系就可以利用这个关系，,不受其它外部条件(如激励光源强度、耦合程度等)的影响。光传感探头和光纤直接连在一起,它实际是被当成在光纤的一端,这端铺上一层荧光粉末,在受光照射后能发出荧光信号,测量时把传感探头与被测对象接触后可实现对被测对象温度的直接接触测量。 余辉强度I(t)是温度和时间的函数，即 () ( )()exp ptIt CI TT τ⎡⎤=− ⎢⎥⎣⎦，其中I(t)= CIp(T) exp()tT τ⎡⎤− ⎢⎥⎣⎦错误！未找到引用源。 ，式中， 1 2 t t t − = ；C是常数； ( ) T I p 是停止激励时的荧光峰值强度，这是关于温度的单值函数； ( ) T τ 是荧光余辉寿命，是温度的单值函数。上式表明， () T I p 和 ( ) T τ 是两个与温度有关的独立的参数。用这两个温度参数可以实现温度计量的方法称作余辉强度积分法，即 () ∫ ∝ dt t I T ，图中阴影面积就是此处积分的值，这种方法的优点是温度计量的重现性好，测量范围宽。信号处理中可以采取多次积分取平均值的方法，原理如图2.1所示。