依托模擬器械的纖維傳感器械的預(yù)設(shè)
系統(tǒng)的工作原理氫氣的光纖檢測系統(tǒng)主要包括探頭設(shè)計(jì)、前端信號放大電路和LabVIEW的信號處理三大部分,完整的原理框圖如所示,該系統(tǒng)中采用雙光路檢測,一路是參考光,直接從光源處分出來的光強(qiáng),它包含外界環(huán)境影響、光纖本身變化的信息;另外一路接收光是經(jīng)過檢測光路鈀膜折射回來的光,它包含了氫氣濃度的信息和外界環(huán)境、光纖本身變化的信息。光源驅(qū)動(dòng)電路單獨(dú)隔離,產(chǎn)生特定頻率可調(diào)的方波調(diào)制信號進(jìn)入光纖。光進(jìn)入光纖耦合器后分光,一路作為參考光直接回到參考光探測器,另外一路作為信號光經(jīng)過鈀膜反射回來進(jìn)入信號光探測器。
圖氫氣傳感器檢測氫氣濃度的信號是緩變的微弱信號,同時(shí)信號中參雜有各種噪聲(例如1/f噪聲、時(shí)間漂移和溫度漂移),為了提高信號的噪聲比和克服各種噪聲的不利影響,有必要對信號進(jìn)行濾波和放大處理。簡單的電容隔直能夠有效地抑制低頻段噪聲和漂移。由于檢測氫氣傳感器檢測氫氣濃度的信號非常微弱,所以將放大濾波后的信號經(jīng)過有效值(RMS)的轉(zhuǎn)化,將參考信號的有效值和檢測信號的有效值相除,就可以將兩路光纖的公共影響因素(比如:光路振動(dòng),溫漂,光源的不穩(wěn)定等等)消除,從而檢測出氫氣的濃度信號。
它的傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如所示。探頭是在光纖的端部鍍一層稀有金屬鈀,光源通過光纖注入的光在端面上產(chǎn)生反射和折射,當(dāng)鈀膜置于氫氣的環(huán)境下,鈀膜的折射率和反射率都會(huì)發(fā)生變化。這種傳感器就是來檢測鈀膜反射回來的光的強(qiáng)弱變化來檢測氫氣的濃度的,反射率的減少取決于氫氣的濃度。鈀膜是傳感器的最關(guān)鍵的部分,它的厚度對反應(yīng)時(shí)間和靈敏度都有影響,較厚的鈀膜的吸氫的量大,因而反應(yīng)時(shí)間較長,但是靈敏度高;較薄的鈀膜吸氫的量小,因而反應(yīng)時(shí)間較短,但靈敏度降低。所以,針對不同的檢測要求和實(shí)驗(yàn)環(huán)境必須選取不同的鈀膜厚度來檢測氫氣的濃度。在該實(shí)驗(yàn)室中,我們采用高溫蒸鍍20nm的鈀膜作為氫氣的反應(yīng)媒介。
系統(tǒng)的信號放大電路由于傳感器探頭檢測出氫氣濃度變化屬于微弱信號,所以要將光電探測器輸出的電信號放大到采集卡能夠分辨的程度,放大信號越接近采集卡的量程采集卡采集的數(shù)據(jù)就越精確。
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