基于單片機的寬范圍高精度光纖傳感測溫儀的研制

光纖傳感器測溫儀是一種非接觸式測溫方式與光纖傳感技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)高精度、高重復(fù)性、快速響應(yīng)、非接觸式測量和高性價比的新型光纖傳感類測溫系統(tǒng)。該類測溫儀利用光纖的空間濾波效應(yīng)，使入射光波從空間瞬態(tài)變?yōu)榭臻g穩(wěn)態(tài)，消除雜散光的影響，提高測量的精度和穩(wěn)定性；將光纖探頭和電子處理單元隔離，使信號處理單元不受環(huán)境高溫影響，提高抗電磁干擾能力；響應(yīng)速率快；根據(jù)熱源溫度，選擇最佳工作波段。

有時需要對范圍很寬的溫度信號進行測量，但是實現(xiàn)寬溫度范圍的測量，采用一個探測器的光纖傳感測溫儀很難達到要求。為了解決單一探測器光纖傳感器測溫儀范圍窄的不足，設(shè)計了利用雙光路系統(tǒng)，采用兩個不同波長范圍探測器的光纖傳感測溫儀，實現(xiàn)測量溫度范圍的擴展，將測溫范圍的下限和上限延伸。實現(xiàn)大動態(tài)范圍要求的光纖傳感測溫的關(guān)鍵技術(shù)之一是適應(yīng)大動態(tài)范圍要求的高信噪比的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計。電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)采用高阻抗低噪聲前放。 500℃～1800℃溫度范圍的光功率的動態(tài)范圍高達10 5W量級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出放大器的動態(tài)范圍，采用電子開關(guān)動態(tài)范圍擴展技術(shù)將測溫范圍分成若干溫度段，問題就能解決；同時采用數(shù)據(jù)擬合等技術(shù)來實現(xiàn)高精度的測量。

1 儀器基本原理框圖及功能框圖

整個儀器主要分為以下幾個部分：信號拾取單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、鍵盤與顯示單元、8051單片機系統(tǒng)單元、RS-232通訊單元以及數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。整個原理框圖如圖1所示。