基于蓝宝石F-P高温传感器的高精度解调算法实现开题报告

全文总字数：4125字

1. 研究目的与意义（文献综述）

温度传感器是利用物体某特性（如体积、电阻、热辐射等）随温度变化的规律，通过检测该特性的变化量来测量温度的传感器。根据温度测量原理的不同，可将电类温度传感器分为膨胀式、压力式、电阻式、热电动势类、热辐射式等。根据使用方式的不同，可将温度传感器分为接触式和非接触式两类。接触式测量法是将感温部分置于温度场中，等传感器达到热平衡之后再进行测量的方法。非接触测温法是通过探测物体的热辐射信号而进行测量的方法，传感器不用置于温度场中。目前，航空、航天、化工、冶金等领域对高温探测的需求越来越多，同时对测量范围、探测精度、响应速度、使用寿命等指标的要求也越来越高。热电偶探测器是现在市场上使用很广泛的一类温度探测器，虽然多个热电偶探测器配合使用可以做到测量范围很广，但单个探测器测量范围却受限，并且超高温区探测器寿命极短，所以这类传感器无法满足要求。

光纤传感技术自上世纪 70 年代以来得到了快速的发展，为了测量温度、应力、压力、电磁场、流速、震动、加速度、折射率等物理参数，也产生了不同的结构和原理。其中用于温度传感的多种传感机理陆续被提出，如荧光温度传感器、拉曼散射温度传感器、布里渊散射温度传感器、布拉格光纤光栅温度传感器、光纤法珀温度传感器以及长周期光纤光栅温度传感器。这些传感器的测量精度普遍较高，但因石英光纤耐高温的极限为1200℃，所以它们的测温范围也有限。

蓝宝石材料主要成份是三氧化二铝，具有熔点高（2040℃）、硬度高、抗腐蚀、抗电磁干扰、性能稳定等优点。由该材料制作的蓝宝石光纤，既有上述这些优点，还兼具有光纤的特点。现在蓝宝石光纤在高温领域的应用已经很多，主要有蓝宝石光纤黑体辐射、蓝宝石光纤光栅、蓝宝石光纤法珀腔三种测高温的方法。其中利用蓝宝石光纤和蓝宝石晶片制作的法珀传感器，从材料来说可以达到测量高温的要求，从法珀结构来说可以达到高精度的要求，在高温、高腐蚀、高电磁的环境中有不可替代的作用。

2. 研究的基本内容与方案

本实验目的是探究光纤法珀传感器的传感原理和解调方法，在此基础上设计制作一种由蓝宝石光纤和蓝宝石晶片组成的法珀高温传感器，并通过相应的高温测量实验，检验传感器的性能。拟制作一种基于蓝宝石晶片的蓝宝石光纤法珀高温传感器。利用蓝宝石晶体物理化学性质稳定、高熔点以及耐腐蚀的特性，采用两面抛光的蓝宝石晶片作为法珀干涉仪，用蓝宝石光纤来接收、传输干涉信号，实现２０℃～１０００℃的温度测量。

首先概括分析高温传感器的现状，指出了蓝宝石光纤高温传感器和法珀温度传感器的优势所在，并总结各类高温传感器在国内外的一些研究及成果。介绍光纤法珀传感器的结构和干涉原理，然后基于干涉原理详细列举几种常见的解调方法，指出各解调方法的问题所在，最后通过对非本征型法珀干涉（efpi）传感器的理论分析，得出 mmf-efpi 传感器准确的工作机制。

3. 研究计划与安排

1-3周：开题，初步了解f-p干涉原理及matlab软件；参与研究生实验；参与组会讨论；

4-8周：简单了解现有解调方法原理；进一步学习matlab开发；

9-10周：提出自己的解调算法原理、步骤等；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 苑立波, 杨军. 光纤白光干涉原理与应用[m]. 科学出版社, 2016.

[2] 梁伟龙, 周次明, 范典,等. 基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗高温传感器[j]. 光子学报, 2016,45(12):13-17.

[3] matlab实用教程[m].