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        儀表知識

        依托模擬器械的纖維傳感器械的預設

          系統的工作原理氫氣的光纖檢測系統主要包括探頭設計、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,它包含外界環境影響、光纖本身變化的信息;另外一路接收光是經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境、光纖本身變化的信息。光源驅動電路單獨隔離,產生特定頻率可調的方波調制信號進入光纖。光進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過鈀膜反射回來進入信號光探測器。

          圖氫氣傳感器檢測氫氣濃度的信號是緩變的微弱信號,同時信號中參雜有各種噪聲(例如1/f噪聲、時間漂移和溫度漂移),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過有效值(RMS)的轉化,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,溫漂,光源的不穩定等等)消除,從而檢測出氫氣的濃度信號。

          它的傳感器的結構設計如所示。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生反射和折射,當鈀膜置于氫氣的環境下,鈀膜的折射率和反射率都會發生變化。這種傳感器就是來檢測鈀膜反射回來的光的強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鍵的部分,它的厚度對反應時間和靈敏度都有影響,較厚的鈀膜的吸氫的量大,因而反應時間較長,但是靈敏度高;較薄的鈀膜吸氫的量小,因而反應時間較短,但靈敏度降低。所以,針對不同的檢測要求和實驗環境必須選取不同的鈀膜厚度來檢測氫氣的濃度。在該實驗室中,我們采用高溫蒸鍍20nm的鈀膜作為氫氣的反應媒介。

          系統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據就越精確。


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