双通道光纤气压传感器的光电信号检测及处理技术

周大伟

摘 要 众所周知，传感器（transducer）即为现阶段的前沿技术，亦为近年来科学发展的一个标志。若将计算机视为人类思维的扩展，那么传感器即为人类的感官，在计算机技术全面进程时，我们逐渐意识到信息摄取设备——传感器并未跟上信息技术的发展。而近年来，世界各国都逐渐侧重于传感器的开发，因此近年来传感器发展也非常迅速，二零零五年至今，传感器的产量与市场需求年增长率超过十个百分点。文章将以浅析双通道光纤气压传感器的光电信号检测及处理技术作为切入点，在此基础上予以深入的探究，相关内容如下所述。

【关键词】双通道光纤气压传感器 光电信号检测 技术

1 整体设计

图1即为光纤位移transducer的基本构成，其主体为双通道光纤transducer，其中包括了Probe、optical、反射面、前置放大、光接受、曲线线性化修正、信号处理电路、系统校正等。optical经调制的一千赫兹的光通过photodiode转换为光电流，在此基础上送前置放大电路予以放大处理，同时滤波并予以有效参数转换，完成后的直流信号就被传输至单仪器模数转换器，同时经单片机予以公式计算，同时调用插值算法对参数予以线性化处理，进而将结果送至显示单元。因文章篇幅有限，作者将对最为主要三方面进行研究，其中包括：光源、光电探测电路及信号调理电路。

2 光源

光源也就是LIMO laser，双通道光纤sensor的输出特性参数与光源光强没有内质联系，因此对LIMO laser没有特殊要求。LIMO laser和光纤入射端口间，装置一光斩波器，这样可以对入射光予以微调，通过微调的频率控制在一千赫兹。我们要注意的是，LIMO laser射出的光相对较足，同时具有功率大的特点，若想从根本避免光电流进入光探测设备前置放大后参数过高而造成电路出现饱和的情况，我们可在LIMO laser和光纤入射端口间安装透明障碍物予以弱化处理。

3 光电探测电路

光纤传感器，其中Photodetector具有十分重要的地位，Photodetector即为光探测接受系统的核心。Photodetector与其他器件一样，有一套依附于实际需要而制定的特性数据，这一套性能数据有效的体现了各种探测器的共同因素。

光纤传感器内的Photodetector主要通过photodiode、APD、PIN光敏二极管以及光电三极管等构成。

一般的photodiode的暗電流较高，同时性能缺乏稳定性，光电转换率低，且响应速度慢。PINphotodiode即为PN结中间装置其中加入的本征semiconductor （记做I），I层很厚，且吸收系数偏低，这样入射光可以很轻易的渗透至材料中被全面吸收，因此在一定程度上提高了光电转换有效性。

photomultiplier tube与APD工作状态下，通常需要加入一定的偏压，使用起来缺乏便捷性，特别在现场测量时更是如此，APD的等效噪声功率也较高，一般用于入射光功率偏低时，APD虽然转换效率高，不过会受温度的影响。同时我们要注意，探测器的中心波长与Light-Emitting Diode的中心波要制衡。光探测器的择取要依附于入射信号功率而定。

PIN photodiode具较强的稳定性，PIN光敏二极管对波长较小的光响应最佳，同时线性响应时间在毫秒级。

4 信号调理电路

Transducer大多由三部分构成，包括：

（1）敏感元件，敏感元件是将被测量以确定的关系转换成另一种物理量，所转换的物理量便于转换成电量；

（2）转换元件，转换原件将敏感元件的输出物理量转换成电量；

（3）信号调理电路，是将电量转换成可直接测量的电量，同时予以滤波及A/D的转换。

信号调理即为测控系统的核心构成因子，信号调理将Transducer的输出电信号转换成适合于传输及显示、记录的信号，可以更好的达到后续电路及设备对输入信号的要求。信号调理电路一般包括：

（1）电平调节；

（2）信号放大；

（3）阻抗匹配。

信号调理过程即为Transducer标准化的重要基础。双通道光纤气压传感器的信号调理电路包括带通滤波电路、前置放大电路、末级放大电路以及真有效值转换电路。图2是此系统的实际信号调理硬件电路板。板子整合了单片机应用系统与信号调理电路，相关分元器件均择取贴片封装，在一定程度上节省了空间，利于Transducer的安装。

5 总结

综上所述，光纤位移transducer的基本构成，其主体为双通道光纤transducer，其中包括了Probe、optical、反射面、前置放大、光接受、曲线线性化修正、信号处理电路、系统校正等。光源也就是LIMO laser，双通道光纤sensor的输出特性参数与光源光强没有内质联系，因此对LIMO laser没有特殊要求。LIMO laser射出的光相对较足，同时具有功率大的特点，若想从根本避免光电流进入光探测设备前置放大后参数过高而造成电路出现饱和的情况，我们可在LIMO laser和光纤入射端口间安装透明障碍物予以弱化处理。而光纤传感器内的Photodetector主要通过photodiode、APD、PIN光敏二极管以及光电三极管等构成。总的来说双通道光纤气压传感器具有不受干扰等特性，能够实现高精度、非接触测量。因此此研究对学术及实际均有一定的促进作用。

参考文献

[1]赵岚，曾涛.干涉式光纤电压传感器的原理及其相位检测系统的设计[A].2015'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（二）[C].2015.

作者单位

四川省人大常委会办公厅 四川省成都市 610000