光纤气体传感器光源波长稳定控制技术研究

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光纤传感器FOS(Fiber Optic Sensor)是20世纪70年代末期发展起来的一种新型传感器。主要用来对有毒有害气体的探测,对易燃易爆气体的安全报警,对人类生活中需要了解的气体进行检测,分析研究等,使得它在工业生产和日常生活中起到耳目的作用。光纤传感中,光源直接影响传感器的性能。因此,设计出性能指标优良的光源波长稳定控制系统对推动整个光纤传感技术走向成熟至关重要。本文所研制的光源波长控制系统主要应用于光谱吸收型光纤气体传感器。针对当前光纤气体传感技术中存在的主要问题——传感器稳定性和检测下限难以满足实际应用要求,本文主要探讨如何实现提高光源输出波长的稳定度以及如何实现将光源输出中心波长锁定在气体分子吸收峰以达到增强分子对光谱的吸收的目的。首先,本文在广泛阅读和深入总结国内外相关文献资料的基础上,介绍了光源波长稳定技术的发展历史及现状,并对主要的几种波长稳定技术进行比较,在此基础上确定本文所研制系统的控制方案;其次,阐述了光谱吸收型光纤气体传感器的工作原理;分析分布反馈式半导体激光器的工作特性,并研究改进了激光器组件中的温度控制和高精度注入电流稳定模块电路,使其满足本系统应用要求;第三,基于上述原理介绍和技术分析,结合前面提出的控制方案,重点论述本波长控制系统的工作原理及总体结构实现;完成该控制系统中各子功能单元的电路设计与开发,主要包括:调制模块,光电信号前置放大模块以及鉴相模块等。最后,针对本文所设计开发的光源波长稳定控制系统性能进行了实验测试,给出相关实测数据或曲线图并对试验结果进行分析,表明该控制系统的设计基本满足实际应用的要求。
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