用于声悬浮物体的光纤比色温度计设计

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光纤温度计资料汇总..

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光纤温度计【摘要】本文首先大体介绍下温度计的产生及发展,以及各种温度计的基本原理,重点介绍光纤温度计的原理及应用,最后预测温度计发展的总趋势。

【关键词】温度计光纤温度计光纤传感器发展趋势一、温度计概述温度计是测温仪器的总称,可以准确的判断和测量温度。

利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩等的现象为设计的依据。

在物理学发展早期的17、18世纪,物理学家对温度这一物理量的认识尚很肤浅。

意大利物理学家伽利略在1593年根据理想气体的热膨胀原理设计出温度计的雏形。

伽利略的朋友圣托里奥首次引入温度的数值刻度,为后世真正温度计的诞生奠定了基础。

英国的费迪南德大公爵(Ferdinand,Grand Duke of Tuscany)于1642年开始使用密封在玻璃管中的酒精来指示温度的变化。

以上几种温度计仅能够用来观测温度的涨落,都还没有科学的绝对温度标定。

英国科学家牛顿在1701年定义了冰水混合物的温度为零度。

荷兰物理学家华伦海特于1709年和1714年分别发明了利用酒精和水银作为测量介质的更精确的温度计。

时至今日,华伦海特发明的玻璃制的酒精、水银温度计仍然被广泛的使用。

在华氏温标制建立之后10多年,瑞典天文学家聂耳修斯改进了华伦海特温度计的刻度,他把标准大气压下水的沸点定为零度,水的冰点定为100度。

后来他的同事把这两个温度点的数值又倒过来,就成为了现在的百分温度,即用℃表示的摄氏温度。

继摄氏、华氏温标建立之后,另一位英国物理学家开尔文根据热力学定律于1836年建立了绝对温标。

开氏温标的出现是现代温度计量的开端。

二、温度计发展历程根据使用目的的不同,已经设计出了多种温度计。

分别有:1、气体热膨胀温度计:由伽利略发明的基于气体热膨胀效应的温度计至今仍在工业中应用。

由于需要测量气体的热膨胀所造成的气体压强的改变,这类温度传感器可以看做是压强传感器在温度传感器中的应用。

如上图A所示,温度敏感介质是封装在玻璃球内的气体,受热之后气体的压强变化造成了管内液面的上升和下降,指示温度的高低。

光纤式温度传感器的设计

光纤式温度传感器的设计

光纤式温度传感器的设计光纤式温度传感器又被称为光纤温度计,是一种利用光纤技术来测量温度的传感器。

相比传统的热电偶和热敏电阻等温度传感器,光纤式温度传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、耐高温性能好等优点,因此在工业自动化、电力系统、航空航天等领域得到广泛应用。

本文将详细介绍光纤式温度传感器的设计原理和实现方法。

光纤式温度传感器的设计原理主要基于光纤的热致发光效应和光纤光衰减的温度依赖特性。

当光纤受热时,光纤的折射率会发生变化,进而引起光纤信号的衰减。

利用这一原理,可以通过测量光纤信号的强度变化来确定环境的温度。

具体而言,光纤式温度传感器的设计包括传输光源、光纤传输介质、光纤传感部分和信号接收部分等几个关键组成部分。

传输光源通常采用光电二极管、激光二极管或LED等,经过滤波装置过滤出特定波长的光信号。

光纤传输介质一般选用具有低光损耗和高耐温性能的光纤。

光纤传感部分是光纤式温度传感器的核心部分,通常采用光纤光栅、光纤圈漂移或光纤布里渊散射等结构。

这些传感部分中,光纤光栅是目前应用最广泛的一种,其主要原理是通过光纤中周期性的折射率调制来实现传感。

在信号接收部分,光纤传感信号经过光电二极管、光电探测器等转换为电信号,并经过滤波、放大等处理得到温度信号。

同时,为了降低传输过程中的噪声干扰,还可以采用差分放大电路和滤波电路等技术手段。

实现光纤式温度传感器的设计需要考虑以下几个关键问题:首先是光纤的选择。

由于光纤是传输光信号的介质,其光损耗和耐温性能对传感器的性能有很大影响。

因此,在选择光纤时需要综合考虑其损耗特性、折射率温度依赖性、耐温性能等因素。

其次是光纤传感部分的设计。

光纤光栅、光纤圈漂移和光纤布里渊散射等传感结构都有自己的特点和适用范围,需要根据具体的应用场景进行选择。

另外,为了提高传感器的精度和稳定性,还需要考虑温度校准和补偿技术。

通过在不同温度下对传感器进行标定,可以建立温度与光信号强度之间的关系,并利用补偿算法对测量结果进行修正。

光纤温度传感器设计

光纤温度传感器设计

光纤温度传感器设计光纤温度传感器是一种基于光纤技术的温度测量装置,能够实时监测目标物体的温度变化并输出相应的信号。

它具有高精度、抗电磁干扰、可远程测量等优势,被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。

本文将重点介绍光纤温度传感器的设计原理与实施步骤。

设计光纤温度传感器的关键步骤如下:1.选择合适的光纤:应选用具有高灵敏度、低损耗的单模光纤。

常用的光纤材料包括石英、硅光纤等。

2.光纤外皮材料的选择:光纤外皮需要具有良好的热传导性能,以提高温度传感器的响应速度。

可以选择具有高热导率的金属或陶瓷来包覆光纤。

3.安装光纤传感器:将光纤固定在需要测量温度的目标物体上。

可以使用夹具、粘合剂或螺纹等方式固定光纤。

4.光纤光束的传输:需要设计一个适当的光路来保证光纤入射光的稳定传输。

可以使用透镜、光栅等光学元件来调节光束的角度和强度。

5.光纤光束的检测:通过检测透射光的功率变化来计算温度值。

可以使用光电二极管、光敏电阻等光学传感器来实现光功率的测量。

6.温度计算与输出:根据光功率的变化和预先设置的标定曲线,可以通过计算得到目标物体的温度值。

然后通过模拟信号输出或数字信号输出等方式将温度值传送到接收端。

需要注意的是,光纤温度传感器在设计过程中还要考虑防水、防污染等因素。

可采用光纤密封技术和表面涂层等方法来增加传感器的耐久性和稳定性。

总之,光纤温度传感器的设计是一个复杂而精细的过程,需要综合考虑光学、电子、材料等多个方面的知识。

通过合理选择光纤材料、设计适当的光路和检测方法,能够实现高精度、抗干扰的温度测量。

这将有助于提高工业生产过程的自动化水平、改善环境监测能力以及提升医疗设备的精准度。

光纤比色测温传感器的原理及设计

光纤比色测温传感器的原理及设计

推算出涡轮前 的燃气温度。 显然, 在这种高温燃气形成的强温度场下 , 用 热 电偶 接触测 温法 已不 能适应 要求 。 j
针 对高速 喷 射燃 气 这 一 特殊 条 件 , 用 石 英 采
光纤技术 的发展 , 为非接触式测温在生产 中
的应用 提供 了非 常有利 的条件 。
光纤测温技术解决 了许多热电偶和常规红外 测 温 仪无 法 解 决 的 问题 , 其 在 高 温领 域 ,光 纤 尤 测 温技 术越来 越显 示 出强大 的生命 力l 。 _ 】
Ab ta tTh a i rn il fc l r er n r dain tmp r t r e s r me ti n r d c d f s. sr c : eb scp i cpeo oo i tyi a it e e au em a u e n si to u e i t m o r Th n t ed sg fan v lf e- p i s n o s d f rtmp r t r a u e n n t e g s t r iei e h e in o o e i ro t e s ru e o e e au eme s r me ti h a u bn s b c d s rb d i eal Th a u ig s s e c n ei n t h it r a c fe ti h p ia ah o e c ie d ti n . e me s rn y tm a l mi ae t e ds u b n ee fc n t e o t lp t f c t es n o , t u h r b e o n tb l y i s le n h a u ig p e iin a d sa it r h e s r h s t e p o lm fis a i t s ov d a d t e me s rn r cso n t bl y a e i i

二维声悬浮演示仪的实验设计

二维声悬浮演示仪的实验设计

第33卷第6期2020年12月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEVol.33No.6Dec.2020文章编号.1007-2934(2020)06-0077-05二维声悬浮演示仪的实验设计王嘉翌,张赫,李军刚,刘伟,史庆藩(北京理工大学物理学院,北京100081)摘要:声悬浮是通过声波对微小物体产生的声辐射力与其重力平衡而实现的一种悬浮现象。

本文提出了一种新的声悬浮演示装置,其特点是利用振动源激发金属板振动形成扩展声源,金属板上振动的每一点均可激发声波,再经反射板反射形成二维驻波场,这样即可实现悬浮点的二维排列。

相比于单轴声悬浮装置,这种二维声悬浮装置在演示效果上具有悬浮效率高,悬浮现象直观的优势。

关键词:声悬浮;驻波;声辐射力中图分类号:04-33文献标志码:A DOI:10.14139/22-122&2020.06.021声悬浮是通过声波对微小物体产生的声辐射力与其重力平衡而实现的一种悬浮现象。

声悬浮现象的发现可以追溯到1886年,当时人们发现谐振管中的声波能够悬浮起灰尘颗粒。

后来人们从理论上推导出了声悬浮的声辐射力公式⑴,并实现了对被悬浮物的控制⑵3]。

近些年来,声悬浮在诸多领域的潜在应用也受到了广泛研究,如分析化学⑷,生物物理学⑸,制药学⑹等。

从物理教学的角度来说,声悬浮还是一个可以使声波“可视化”的有效方法,这是因为声悬浮现象的实现依赖于声波驻波场的建立,而微小物体的悬浮点恰为驻波场中波节的位置,从而借助于悬浮物体便可以清晰地看见驻波场的分布。

近年来,人们对于声悬浮的研究多集中于一维单轴的声场。

一维声悬浮的优点在于能量集中,方便操控,缺点是悬浮物体数量少,悬浮效率低。

然而,目前大多数的声悬浮装置一般采用声波振子作为直接声源,从而只能实现悬浮点的一维排列,所以存在悬浮物体数量较少的缺点。

为了克服这些缺点,本文考虑通过振动源的振动,激起金属平板振动,将金属平板作为扩展声源,实现不同于一维单轴声悬浮的二维驻波声悬浮[7,8],较好地提升了悬浮的效率且能更为直观地观察到声悬浮的现象。

《光纤Bragg光栅温度-应变解调仪设计》范文

《光纤Bragg光栅温度-应变解调仪设计》范文

《光纤Bragg光栅温度-应变解调仪设计》篇一光纤Bragg光栅温度-应变解调仪设计一、引言随着现代工业和科技的飞速发展,对精确测量温度和应变的需求日益增强。

光纤Bragg光栅(FBG)作为一种高灵敏度、高稳定性的传感器件,在工程领域得到了广泛应用。

光纤Bragg光栅温度/应变解调仪作为读取FBG数据的关键设备,其设计对于提高测量精度和稳定性具有重要意义。

本文旨在设计一款高效、精确的光纤Bragg光栅温度/应变解调仪,以满足现代工业测量需求。

二、设计目标本设计的核心目标是实现高精度、高稳定性的光纤Bragg光栅温度和应变解调。

具体包括:1. 精确测量FBG的反射光谱,并从光谱中提取出温度和应变信息。

2. 实现快速响应,以满足实时监测的需求。

3. 确保设备的稳定性和可靠性,以适应各种复杂环境。

三、总体设计本解调仪主要由光源模块、光纤传输模块、光谱分析模块、数据处理模块和通信接口模块组成。

1. 光源模块:采用高功率、窄线宽的激光二极管作为光源,保证FBG反射光谱的准确性。

2. 光纤传输模块:将光源发出的光传输至FBG,并接收FBG 反射的光信号。

3. 光谱分析模块:对接收到的光信号进行光谱分析,提取出波长变化信息。

4. 数据处理模块:根据波长变化信息,通过算法计算得到温度和应变值。

5. 通信接口模块:将计算结果通过通信接口传输至上位机,实现数据的远程监控和分析。

四、关键技术及实现方法1. 光源模块设计:选择合适的激光二极管作为光源,确保其具有高功率、窄线宽的特点。

同时,需对光源进行稳定控制,以减少外界干扰对测量结果的影响。

2. 光谱分析模块设计:采用高分辨率的光谱仪对接收到的光信号进行分析,提取出波长变化信息。

同时,需对光谱仪进行校准,以保证测量的准确性。

3. 算法设计:根据FBG的波长变化与温度、应变之间的关系,设计合适的算法进行计算。

算法需具有高精度、高稳定性的特点,以适应各种复杂环境。

4. 数据处理与通信接口模块设计:将计算结果通过通信接口传输至上位机。

光纤比色测温传感器的原理及设计

光纤比色测温传感器的原理及设计
( 5) (λ, T) 为辐射系数 其中 , ε
[4 ]

当采用单色光纤传感器测量时 , 被测物体不 同 ,ε不同 ; 测温现场环境不同 ,ε也不同 。因此 , E 不仅与 T 有关 , 还与ε有关 ,ε的变化将影响到发 射能量 。 采用比色光纤传感器测温可以克服单色测温 的不足
[6 ]
- 16
- 2
2. 2 传输光纤
2 光纤比色测温传感器的设计
光纤挠性好 、 透光谱段宽 、 传输损耗低 , 无论 是就地使用或远传均十分方便 , 而且光纤直径小 , 可以单根 、 成束 、 Y 型或阵列方式使用 , 结构布置 简单且体积小
[6 ]
。因此 , 作为温度计适用的检测
对象几乎无所不包 , 可用于其他温度计难以应用 的特殊场合 , 如密封 、 高电压 、 强磁场 、 核辐射 、 严 格防爆 、 防水 、 防腐 、 特小空间或特小工件等 光纤温度传感器可分为 2 类 :
, 因为就某一温度而言 , 辐射能量的衰减
在 2 个波长下几乎相同 , 因而不会影响它们之间 的比值 。 λ 设物体在波长λ 1 、 2 下的光谱辐射能量的比 值为 R , 即测量到的信号比为 ε (λ E (λ 2 / T) 2 T) λ 2 R ( T) = = ε (λ E (λ 1 T) 1 T) λ 1
Principle and design of the f iber2optic gas temperature sensor based on colorimetry
ZHU Da2ro ng1 , SU N Bing2 ,3 , ZHAN G Li3
(1. Depart ment of Research & Develop ment , Anhui Instit ute of Architect ure & Indust ry , Hefei 230022 , China ; 2. School of Computer and Information , Hefei Universit y of Technology , Hefei 230009 , China ; 3. No . 8 Research Instit ute , China Elect ronics Technology Group Corporation , Huainan 232001 , China)

光纤光栅温度计

光纤光栅温度计

光纤光栅温度计光纤光栅温度计是一种基于光纤光栅原理的温度测量装置。

它主要由光纤、光纤光栅和光纤光谱分析仪组成。

该装置可实现非接触式、高精度、实时监测测量,具有结构简单、易于安装和维护等特点,因此在各种领域得到了广泛应用。

原理光纤光栅是一种利用Bragg反射原理进行波长选择的光纤传感器。

它是在光纤的芯层或包层中周期性调制折射率,形成一系列反射光谱的传感器。

当入射光波的波长等于光栅周期的整数倍时,会在光纤中发生Bragg反射,反射光将从光纤中出射,并与直射光形成干涉。

此时,经过光纤的光强将形成光栅光谱,即一系列间隔相等、光强不同的峰。

根据光栅峰的移动和光强变化等特征,可以实现光纤光栅传感器对测量物理量的检测。

光纤光栅温度计的原理就是通过监测光纤光栅的Bragg峰移动来反映被监测物体的温度。

温度会导致光纤的长度、折射率等发生变化,这些变化会引起光栅峰移动,从而实现温度的测量。

由于光纤光栅具有高灵敏度和高分辨率等特点,因此能够实现高精度、高稳定性和高可靠性的温度测量。

应用光纤光栅温度计广泛应用于各种领域的温度监测,例如:1. 汽车行业在汽车制造及运行过程中,需要对发动机、变速器、轮胎等部件进行温度监测。

光纤光栅温度计可实现非接触式、高灵敏度的温度测量,能够精确监测汽车各部件的温度变化,提高汽车的安全性和性能。

2. 能源行业在石油、天然气、核电等能源行业中,需要对管道、阀门、储罐等设备进行温度监测。

光纤光栅温度计具有高分辨率、高稳定性等特点,能够实现对设备内部温度变化的实时监测,防止设备过热、损坏等问题。

3. 制造业在制造业中,需要对工件进行温度监测,以保证产品的质量和稳定性。

光纤光栅温度计可实现对焊接、热处理、淬火等制造过程中的温度变化进行实时监测,减少产品因温度变化引起的质量问题。

结论光纤光栅温度计具有高精度、高灵敏度、高稳定性和高可靠性等特点,可以实现对各种物体的温度非接触式、实时监测。

随着光纤光栅技术的不断发展和完善,光纤光栅温度计将在更广泛的领域得到应用,推动传感器技术的发展和应用。

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式 声悬 浮器 悬浮 起 了 自然界 密度 最 大 的金 属铱 (r I,
A bs r c : An u t uc e i e - tcc l rm erct e m o er S1 r du e n o d rt e s r e p r t r ta t n o h d fb rop i o o i ti h r m ty 1 nto c d i r e o m a u et m e a u e
引言
声 悬 浮 利 用 高 强度 声 驻波 产 生 的 力 来 平衡 悬 浮 物 的重力 。 0 0年 西北工 业大 学解 文 军博 士采用 单轴 20
度 测温 难 以克服 物体 光谱 发射 率 的影 响,精度 及可 靠
性较 差 ;多色 测温 法系 统过 于复 杂 ;超 声波测 温 只能 测 量超 声传 播方 向的平均 温度 。综上所 述 ,如 何在 不 影 响声 场 的情 况 下 精 确 测 量 声悬 浮 物 体 温 度 成 了一 个 难点 。 针 对上述 难 题提 出了非接 触式 光纤 比色 测温法 ,
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第 3 卷 第 3期 0 20 0 8年 3月
红 外 技 术
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、0l3 N0_ , _0 3 M a , 20 r 08
( 测量 技 术 >
用 于 声 悬 浮 物 体 的光 纤 比色 温 度 计 设 计
De i n o o o i e r cfbe - ptcpy o e e o e pe a ur e s e e t s g fc l r m t i i r o i r m t rf r t m r t em a ur m n
o eo jc vttdb c u t ed f h be te i e ya o si f l t l a ci
张锐锋 ,李恩普 ,候 建平 ,郑普超 ,解文军
( J  ̄ l 学 光 信 息 技 术 陕 西 省 重 点 实 验 室 ,陕 西 西 安 7 0 7 ) 西 L k 大 10 2
摘要:为了在不影响声悬浮场及悬浮物的情况下进行高温超声悬浮物体的温度测量, 出了非接触式 提 光 纤 比色测 温法 。这种 方 法不但 克服 了其 它接 触 式测 温会 改变 原有 物理场 和响 应速 度 慢 的缺 点,而且
d f ul o h n n rg n lp ysc ed a d r s n n l wl a e a o d d a s Fr e a t fc a gi g o i a h is f l n e po dig so y c n b v i e lo. om 0 i i 7 0K o 1 0 t 0K 5
2 whe ti ai a e i g h g r c s h r c u l . K ni sc l br td usn i h p e iet e mo o p e Ke r s: a o tcl v tto y wo d c usi e iai n: c l rmerct e mo ty: p ot ee ti t ci o o i ti h r me r h o l c rcdee t on; c lb a i n a i r to
Z NG R i e g I np ,HOU J npn ,Z E G uc a ,X EWe - n HA u— n ,L —u f E a —i i g H N P —h o I nj u
(otw s r o t h ia U i r t S a n i e a oaoyo pi lnomainTcn l yX ’ h n x 7 7 , hn ) N r et n l e ncl nv sy h ax yL b rtr fO t a fr t eh oo , i nS a ni 0 2 C ia h e P yc e i, K c I o g a 1 0
几 乎不 受物体 光 谱发 射率 的影响 。 由此原理 制成 的 温度 计响 应速度 为 l ,通过 高精度 的热 电偶 标定 ms
后 在 7 o~10 K 的温度 范 围 内精度 可 达 2 0 50 K。
关键 词 :超 声悬 浮; 比色 测温 ;光 电探 测;标 定
中图分 类号 :T 1. H8 12 文献 标识码 :A 文 章编 号 :1 0 —8 1 0 80 — 1 30 0 18 9 ( 0 )30 7 —3 2
a t e m o ee s d o h h o y c n m e s e tm pe aur t e po s p e f l sa d a c a y of h r m trba e n t e t e r a a ur e r t e wih r s n e s e d o n c urc m
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