光-纤-智-能-监-控-传-感-器-系-统

武汉职业技术学院毕业论文-1-武汉职业技术学院毕业论文光纤智能监控传感器系统专业:光电子技术班级:光电10303作者:齐虎学号：10016961指导教师:张森2013年04月23日武汉职业技术学院毕业论文-2-摘要随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对传感器的需求更大，光纤智能型传感器应运而生。光纤智能传感器是光学、机械学、电学、软件等的有机结合产物，它采用智能管理和控制方法将光、机、电、软件、合适材料通过信息网络连接起来构成完整的光纤智能监控传感器系统。常见的监控报警器或者是只具备防盗功能，不具备智能化、隐蔽性不强；或者是具有智能化的防盗系统但不隐蔽。本文重点介绍了光纤智能监控防盗报警传感器的硬件及软件的设计。本报警系统集防盗、防火、等功能于一体。光纤智能防盗传感器系统根据光纤体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、易于组网、电子设备与光纤传感器可以间隔很远等优点，同时结合光纤微弯损耗原理，使此防盗报警光纤传感器具有智能化、隐蔽性强、灵敏度高，可广泛用于航天、国防、能源电力、化工、金融、医疗、企事业单位、家庭等单位部门的防盗，特别适用于静电要求高、潮湿等恶劣防盗，市场应用前景很好。关键词：光纤；智能；防盗；传感器武汉职业技术学院毕业论文-3-目录第1章绪论…………………………………………………………………………11.1概述………………………………………………………………………11.2光纤传感器现状及发展趋势………………………………………………21.2.1国外光纤传感器的研究现状…………………………………………21.2.2国内光纤传感器的研究现状…………………………………………3第2章传感器……………………………………………………………………42.1传感器………………………………………………………………………42.1.1传感器的定义…………………………………………………………42.1.2传感器的条件…………………………………………………………42.2传感器的分类………………………………………………………………4第3章光纤传感器…………………………………………………………………73.1光纤传感器的原理…………………………………………………73.2光纤传感器的分类…………………………………………………73.3光纤传感器的应用…………………………………………………7第4章光纤智能监控传感器系统………………………………………………124.1利用弯曲损耗的光纤压力器…………………………………………………124.1.1光纤微弯变形器的原理………………………………………………………124.2电路设计调试……………………………………………………………………144.3单片机控制电路与编程………………………………………………………144.4传感器系统整体调试…………………………………………………………21结论…………………………………………………………………………………22参考文献……………………………………………………………………………23致谢…………………………………………………………………………………24武汉职业技术学院毕业论文-4-第1章绪论1.1概述在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用已渗透到人类生存、活动的各个领域，对人们的现代生活、工作不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。但是经济的发展也带来了相当大的负面影响。人们生活压力大、节奏快，引起的一些不确定因素导致社会安全的不徤全。盜窃、火灾等刑事案件也呈现出了增加趋势。人们越来越渴望有一个安全稳定的智能监控系统。犯罪分子的作案手段越来越高明，甚至采用一些商科技的作案手段，使得以往那种以人防为主的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。因此，人们的日常安防工作中，引入了很多高科技手段，我们称之为技术防范。因为技术防范能够及时发现各种案情，并为案件的破获提供有力的证锯，所以越来越受到人们的重视。与此同时，随着生活水平的提髙，液化石油气、管道煤气进入了更多人的住宅里，各种家用电器也得到了广泛的使用，但是，人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候，却也增加了火灾隐患。如果一个小区实现了智能化管理，管理人员就可以快速有效的完成对小区的智能管理，诸如盗情、火灾等报警数据的采集，以及对各种警情的及时处理等。国家建设部规定、目前防火报警应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理；住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报肇；火灾报警系统应是以烟及可燃气体等探测器为主体；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器：系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，盗防火系统实现智能化势在必行。传统传感器受电磁波导致灵敏度差、误报率高、易损坏、隐蔽性差和存在很多随即因素，已远远不适合时代的要求。本文所要介绍的光纤传感系统智能系统正是在智能蓬勃发展的背景下，为了满足用户对传感器性价比的要求，而设计并开发的。现代科技的不断发展，使得计算机、通信、网络三者不断渗透会聚：半导体技术的发展特别是CPU处理速度的提升以及存储能力的加强，使信息的收集、处武汉职业技术学院毕业论文-5-理变得越来越快；电脑电视和信息家电的诞生使得一种适合多媒体业务的家用交互式用户终端成为可能。此外，现场总线技术在家庭网络中的应用给光纤传感器智能化带来了全新的方案，监控技术的发展也推进了智能化的进程。如今,人民生活已从温饱型向小康型转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。同时人类己经进入二十一世纪，光纤智能传感器已开始引起人们的关注。作为传感器的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。光纤智能监控传感系统是光学、机械学、电学、软件等的有机结合产物。尽管光纤智能监控传感系统技术在我国刚刚起步，但却有着十分广阔的发展前景。1.2光纤传感器现状及发展趋势1966年英国的K.C.Kao,G.A.Hockpam等人首先提出了用玻璃纤维传输光信息，奠定了光纤通讯和光纤传感技术的理论基础，引起了学术界和实业界的极大兴趣，也推动了光纤制造工艺的研究发展;1970年美国康宁公司的D.B.Keck,A.R.Yynes等人率先制造了低损耗(20dB/km)石英光纤，随后光纤在光通讯等领域逐渐得到了广泛应用，同时人们逐渐意识到利用光纤的许多特性可以进行物理量的测量:70年代中期光纤传感器一经出现，就受到各国有关研究部门和产业界的高度重视。1.2.1国外光纤传感器的研究现状由十光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场，其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视，各发达国家更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。美国是研究光纤传感器起步最早，水平最高的国家，在军事和民用领域的应用方面，其进展都十分迅速。在军事应用方面，他们研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用十航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用十核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NASA)的有关部门负责，并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用十民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数，监测桥梁和重要建筑物的应力变化，检武汉职业技术学院毕业论文-6-测肉类和食品的细菌和病毒等。美国的很多大学、研究单位和公司都开展了光纤传感器的研究和开发，如斯坦福大学、弗吉尼业理工大学、Babock&Wi1cox公司、Accuflbe:公司、Fidber街Elamies公司、EOTcc公司、Optical技术公司等。据统计，1993年以后，美国光纤传感器的销售总额每年以30-40%的增长速度发展，到2000年达到100亿美元。近期的调查结果表明，美国光纤传感器的研究开发重点己向民用领域转移，民用光纤传感器的产量已大大超过军用传感器。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。口本在80年代便制定了“光控系统应用计划”，该计划旨在将光纤传感器用十大型电厂，以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。90年代，由东芝、口本电气等15家公司和研究机构，研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器，其中最有代表性的是波长扫描型光纤温度传感器。它是光纤传感器网络系统，可把分散在工厂各场所的信息进行时序化处理，并以全光方式收集。这种网络装置可连接1000个以上的传感器，其数据更新周期在1湘秒以下。由十该网络系统不使用电气器件，安全防爆，特别适合十炼油厂、化工厂的各种过程控制系统。该系统实际上是集光纤材料、光纤传感器件、计算机网络等高新技术十一体，其产品在国际市场上具有广阔发展前景。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研究与开发和市场竞争，其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。1.2.2国内光纤传感器的研究现状我国在1970年代末就开始了光纤传感器的研究，其起步时间与国际相差不远。目前己有上百个单位在这一领域开展工作，如清华大学、华中科技大学、武汉理工大学、重庆大学、哈尔滨工业大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值，有的达到世界先进水平。每年发表的论文、中请的专利也不少。但与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处十实验室研制阶段，不能投入批量生产和工程化应用。武汉职业技术学院毕业论文-7-1.3光纤传感器的应用光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面:(1)我国使用高温传感器每年要消耗几十亿元，传统使用铂铑丝热电偶来测量高温，寿命短，成本高，而且在工业生产中往往需要停产来更换热电偶，严重影响了生产。80年代，美国提出使用蓝宝石光纤来制备高温传感器，但其价格昂贵，只能应用于特殊场合。因此，研究和开发精确度高、性能稳定、成本低的光纤高温传感器具有极大的市场需求。(2)在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电动机的定子、转子的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用，只能使用光纤传感器。(3)在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物、一氧化碳等气体，采用电类传感器不但达不到要求的精确度，更严重的会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。(4)在环境、临床医学、食品安全检测等方面，由于其环境复杂、影响因素多，使用其他传感器达不到所需要的精确度，并且易受外界因素的干扰。采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和较高的精确度，可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确的检测。总之，光纤传感器在我国具有很大的市场需求，其商品化、产业化前景极为广阔。武汉职业技术学院毕业论文-8-第2章传感器2.1传感器传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。作用：利用物理效应.化学效应.生物效应，把被测的物理量.化学量.生物量等非电量转换成电量。2.1.1传感器的定义（英文名sensor;measuringelement;transducer）国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。