光纤温度传感器-毕业论文.docx

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1、摘要本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程起先具体分析国内外主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过探讨发觉了当前的光纤温度传感器的种类和特点，具体介绍了光纤温度传感涔的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以依据这些传感器各自特点聘各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较具体地分析/介绍/空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采纳的探讨方案也做出了具体地介绍分析。关催词，光纤，光纤传感器，光纤温度传感冷，运用领域，空调器，空调

2、器原理Abstract1引言：光纤温度传感冷是一种新型的温度传感器.它具仃抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重址轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感涔更有着自己独特的优点。与传统的传感曙相比具有一下优点:灵敏度高:是无源罂件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压,耐腐蚀，在易燃、易爆环境下平安牢靠:频带宽，动态范围大：几何形态具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相协作，实现远距离测域和限制；体枳小，啦量轻等。它将在航空航天、远程限制、化学、生物化学、医疗、平安保险、电力工

3、业等特殊环境下测温有着广袤的应用前景。在本论文中将具体分析当前光纤温度传感器的主变种类和各自的原理，特点和应用范围。2论文要求：(1)具体分析国内外主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较不同方法的温度测量范围和性能指标。(2)驾驭空调器的工作电气原理和基本的热力学过程。3毕业论文综述：70年头中期，人们起先意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的干脆交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977年，美国海军探讨所起先执行光纤传感器系统安排，这被认为是光纤传感器问世的日子.从这以后，光纤传感器在全世界的很多试验室里出现.从70年头中期到80年头中期近十

4、年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的状况看，己有些形成产品投入市场,但大量的是处在试5室探讨阶段“光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点：灵敏度高；是无源滞件，对被测对级不产生影响;光纤耐右压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境卜平安牢罪;频带宽，动态范围大;几何形态具有多方面的适应性；可以与光纤遥测技术相协作，实现远距离测量和限制;体积小,重量轻等，目前，世界各国都时光纤传感器绽开了广泛，深化的探讨，几个探讨工作开展早的国家状况如下：美国对光纤传感器探讨共有六个方面:这些项目分别是：光纤传感系统;现代数字光

5、纤限制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控;民用探讨安排。以上安排仅在1983年就投资12T4亿美元。美国从事光纤传感器探讨的有美国海军探讨所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福高校等28个主要单位。美国光纤传感器起先研制最早，投资最大，己有很多成果申请了专利。英国政府特殊是贸易工业部特别重视光纤传建器技术，早在1982年有该部为首成立了英国光纤传感器合作协会，到1985年为止，共有26个成员，其中包括中心电器探讨所、De1.ta限制公司、帝国化学工业公司、英国煤气公司、Tuy1.or仪器公司、标准电信探讨所及几所主要高校。铿国的光纤陀螺的探讨规模和水平仅次与美国居世界其次位，西门子公司在

6、1980年就制成了高压光纤电流互感器的试验样机。日本制定了1979-1986年“光应用安排限制系统”的七年规划，投资达70亿美金。有松下、三菱、东京i校等24家间名的公司和高校从事光纤传感器探讨。从1980年7月到1983年6月，申请光纤传感器的专利464件,涉及11个领域。生要应用于大型工厂，以解决强电磁干扰和易燃、易爆等恶劣环境中信息测砥、传输和生产全过程的限制问题。我国光纤传感器的探讨工作于80年头初起先，在“七五”规划中提出15项光纤传感器项目，其中有光纤放射线探测仪、光纤温度传感器及温度测量系统、光纤陀螺、光纤磁场传感器、光纤电流、电压传感器、医用光纤传感器、分析用传感器、集成光学传

7、感器等.预料“七五”期间的研制成果可达到美、日等国80年头初、中期水平。半导体汲取型光纤温度传感器基本上是80年头兴起的，其中以日本的探时最为广泛。在1981年，KazuoKyuma等四人在日本三菱电机中心试验室.首次研制胜利采纳GaA、和CarC半导体材料的汲取型光纤温度传感器.由丁人们对半导体材料相识的不断深化，以及半导体制造和加工工艺水平的不断提高，使人们对采纳半导体材料来制作各种传感器的前景特别看好。在90年头前后，出现了探讨以硅材料作为温度敏感材料的光纤温度传感器。在1988年，Roorkec高校R.P.Agarwa1.等人，采纳CIrD（化学气象淀积）技术,在光纤端面上淀积多晶硅薄

8、膜，试制了硅汲取型光纤温度传感器。同年，ISkOKUjan1.。等人来纳SO1.结构，以光纤反射的方式，制作了堆品硅汲取型温度传感器。目前，以GaAS和CdTe干脆带断半导体材料的汲取型光纤温度传感器，已接近好用化。国内对半导体汲取型光纤温度传感器的探讨起步较晚，兴起于90年头后期.主要集中在清华高校，华中理工商校，东南高校等高校。他们对该种类型的传感落结构，特性和系统结构进行了具体的分析和实践。但大量的探讨只集中在GaAs半导体作为感温材料的传感器上，与国外在该领域的探讨水平仍有较大差别.4光纤温度传感器的特点：光纤温度传感潺与传统的温度传感器相比具有很多优点：光波不产生电磁干扰，也不怕电磁

9、干扰，易被各种光探测器件接收.可便利地进行光电或电光转换.易与而度发展的现代电子装置和计算机相匹配.光纤工作频率宽.动态范围大，是一种低损耗传输线，光纤本身不带电.体积小质量轻，易弯曲，抗辐射性能好，特殊适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境卜.运用。国外些发达国家对光纤温度传感技术的应用探讨已取得丰富成果.不少光纤温度传感器系统已好用化.成为替代传统温度传感器的商品.全部与温度相关的光学现缴或特性.本质上都可以用于温度测量.基于此.用于温度测埴的现有光学技术相当丰富。对于光纤温度传感涔的探讨占到将近全部光纤传感器探讨的20%。光纤温度传感器的探讨.除对现有器件进行外场验证、完

10、善和提高外.目前有以下几个发展动向：大力发展测量湿度分布的测量技术.即由对单个点的通度测量到对光纤沿线上温度分布.以及大面积表面温度分布的测量：开发包括测量温度在内的多功能的传感涔：研制大型传感涔阵列.实现全光学遥测。光纤测温传感冷是用光纤来测显:温度的。有两种方法可实现。一是利用被测表而辐射能随阻度的变更而变更的特点：利用光纤将辐射能量传输到热敬元件上，经过转换再变成可供纪录和显示的电信号。这种方法独特之处就是可以远距成测量：另外一种方法是利用光在光导纤维内传输的相位随温度参数的变更而变更的特点，光信号的相位随温度的变更是由于光纤材料的尺寸和折射率都Rfi温度变更而引起的。5光纤传感器的基本

11、原理在光纤中传输的单色光波可用如下形式的方程表示E=EoCoS(Wt+)式中，EO是光波的振幅：W是角频率：(P为初相角。该式包含五个参数，即强度Ek频率*、波长=2ncnW相位(WtH)和偏振态。光纤传感器的工作原理就是用被测量的变更调制传输光光波的某一参数，使其随之变更，然后对已知调制的光信号进行检测，从而得到被测量。当被测物理量作用于光纤传感头内传输的光波时，使的强度发生变更，就称为强度调制光纤传感器：当作用的结果使传输光的波长、相位或偏振态发生变更时，就相应的称为波长、相位或偏振调制型光纤传感器。光纤传感器中发光强度的调制的基本原理可简述为，以被测量所引起的发光强度5.1.1 发光强度

12、调制传感器的调制原理变更，来实现对被测对象的检测和限制。其基本原理如图所示。光源S发出的发光强度为Ii的光柱入传感头，在传感头内，光在被测物理量的作用卜.强度发生变更，即受到j外场的调制，使得输动身光强度I。产生与被测量有确定对应关系的变更。由光电探测器检测动身光强度的信号，经信号处理解调就得到了被测信号。5.1.2 发光强度调制的方式利用光纤微弯效应：利用被测量变更光纤或者传感头对光波的汲取特性来实现发光强度调制；通过与光纤接触的介质折射率的变更来实现发光强度调制：在两根光纤间通过倏逝波的耦合实现发光强度调制：利用发送光纤和接收光纤作相对横向或纵向运动实现发光强度调制，这是当被测物理量引起接

13、收光纤位移时，变更接收发光强度，从而达到发光强度调制的目的。这种位移式发光强度调制的光纤传感涔是一种结构简洁，技术较为成熟的光纤传感器。5. 1.3发光强度调制型传感器分类依据其调制环节在光纤内器还是在光纤外部可以分为功能型和非功能型两种。强度调制式光纤传感器的特点解调方法简洁、响应快、运行牢苑、造价低。缺点是测量精度较低，简洁产生偏移，须要实行一些白补偿措施.5.2 相位调制光纤传感后的基本原理通过被测量的作用，使光纤内传播的光相位发生变更，再利用涉测G技术把相位转换为光强变更，从而检测出待测的物理量.如图5-40其中图a、b、C分别为迈克尔逊、马桶泽得和法布里珀罗式的全光纤干涉仪结构。波长

14、调制传感器的博本结构如图541。6光纤温度传感器5.3 波长调制光纤传感器的基本6.1 几种光纤温度传感器的原理和探讨现状光纤温度传感器按其工作原理可分为功能型和传输型两科1功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性相位、偏振、强度等）随温度变换的特点，进行温度测定。这类传感器尽管具有“传、感”合一的特点.但也增加了增敏和去敏的困难。传输型光纤温度传感器的光纤只是起到光信号传输的作用.以避开测温区域困难的环境.对待测对象的调制功能是靠其他物理性脑的敏感元件来实现的。这类传感器由于存在光纤与传感头的光耦合同既增加了系统的困难性，且对机械振动之类的干扰较敏感.卜.面介绍几种主要的光纤温度传感器的原理

15、和探讨现状。-丁费兄）BBi分布式光纤湖度传感翁基本原理分布式光纤温度传感器分布式光纤测温系统是一种用于实时测量空I温度场分布的传感粉系统。分布光纤传感器系统最早是在1981年由英国南安普敦高校提出的.1983年英国的HaHOg用液体光纤的拉及光谱效应进行了分布式光纤温度传感器原理性试验.1985年英国的Dakin在试验室用鼠离子激光器作为光源进行了用石英光纤的拉曼光谱效应的分布光纤温度传感器测温忒验.同年HartOg和Dakin分别独立地用半导体激光器作为光源，研制了分布光纤温度传感器试脸装置：此后。分布光纤温度传感器得到了很大的发展.探讨出/多种传感机理.有的还运用了特种光纤.分布式光纤温

16、度传感器是基于瑞利散射、布里渊敢射、喇些散射三种分布式温度传感器。分布式光纤传感涔从最初提出的基于光时域散射fOTDR1.的瑞利散射系统起先.经验了基于OTDR的喇曼散射系统和基于OTDR的布里湖散射系统,使得测温精度和范用大幅提高。光频域散射N)FDR)的提出也很早，但只有到J近期.伴随若喇些散射和布里湖散射探讨的深化.使OEDR和它们结合才显示出了它的优越性.基于OTDR和OI)R的分布式温度光纤传感器已经显示出了很大的优越性.所以基于OTDROFDR的分布式温度光纤传感器仍将是探讨的热点.尤其是基于OFDR的新的分布式光纤传感器将是一个重要的发展方向-土耳其GUnCSYiImaZ研制出I

17、okm、温度辨别率为1C、空间辨别率为1.22m的分布式光纤温度传感器。在国内，中国计量学院、重庆高校、浙江高校等单位依据应用的须要.先后开展了分布式光纤温度传感器的探讨。中国计量学院1997年研制了种用于煤矿、隧道温度自动报警的分布式光纤温度传感器系统，该系统光纤长为2km.测温范围为一50,C-150。测温精度为2C.温度辨别率为0.C:2005年设计制造出31km远程分布式光纤温度传感器.测温范围(rc-】o(rc,温度测量不踊定度为2t.温度辨别率为0.IT;,测显时间为432s空间辨别率为4m光纤光栅温度传感器光纤光栅温度传感技术主要探讨Bmgg光纤传感技术，依据Bragg光纤光栅反

18、射波长会随温度的变更而产生“波长移位”的原理制成光纤光栅温度传感潜。1978年.加贫大渥太华通信探讨中心的K.0.HiU等人首先发觉掺播石英光纤的光敏效应.采纳注入法制成世界上第一只光纤光栅(FBG),1989年，VOreV首次报导符其用于传感，英国T.A1.1.soD利用椭圆纤芯突变型光纤研制出温度辨别率为0.9-C,曲率阱别率为0.05的长周期光纤光栅曲率温度传感器。意大利A.IadiCiCC。利用非匀称的稀疏布拉格光纤光栅ThFBGs1.同时测盘折射率和温度.该传感器的温度辨别率为01C.在折射率1.45、I.33旁边的折射率辨别率分别为I0-S、104。中科院上海光机所利用光纤光栩的金

19、屈槽封装技术将光纤光栅温度传感器的灵敏度提高到002C：哈尔滨工业高校把光纤光栅粘贴在金属半管上.使其辨别率达到0.04C:黑龙江高校光纤技术探讨所提出了种光纤光栅fFBG1.的Ti合金片封装工艺，使温度灵敏度达到0.05C。光纤荧光温度传感器光纤荧光温度传感涔是目前探讨比较活跃的新型温度传感器。荧光测温的工作机理是建立在光致发光这基本物理现象上。所谓光致发光是种光放射现象.就是当材料由丁受紫外、可见光或红外区的光激发.所产生的发光现象,出射的荧光参数与温度有一一对应关系.通过检测其荧光强度或荧光寿命来得到所需的温度的。强度型荧光光纤传感器受光纤的微弯曲、耦合、散射、背反射影响，造成覆度扰动，

20、很难达到高精度：荧光寿命型传感器可以避开上述缺点，因此是采纳的主要模式.荧光寿命的测量是测湿系统的关键,美国密西西比州立高校用一种商用的环轨胶做温度指示f含有多环芳燃化合物：PIIs).PNIS在用紫外光激发时发荧光.荧光的强度随环轼胶四周温度的上升而减小.该传感涔可监测20C100C范围内的温度。日本东洋高校依据Tb：SiO,和Tb：YAG的光致发光(P1.)谱与湿度有关.将其制成光纤温度传!器“在300120OK的温度下.Tb：SiO.的P1.峰值在540nm时的光强随温度的上升单调减小.Tb：YG晶体的P1.谱的形态随温度变更。韩国汉城高校发觉IOcm长的丫bn、E一双掺杂光纤在915n

21、m处.两荧光强度的比值在20C30()C间与温度成指数关系.这种双掺杂系统对于测量苛刻环境的温度特别有用.清华高校电子工程系利用半导体GaAs材料对光的汲取随温度变更的原理。研制出测温范围：OC-150,C;辨别率：O.5cC的光纤温度传感器。燕山高校设计了一种利用荧光波分和时分多路传输技术.通过检测红宝石晶体的荧光强度实现温度测量的系统.该系统的测温范围：30C160C:辨别率：0.5七。海南高校用激光加热基座法生长出湍部掺Cr的蓝宝石荧光光纤传感头.该传感器的测温范围：20*C450C:辨别率：ItC。中北裔校用一种俄有陶瓷薄膜的蓝宝石光纤作为传建器的瞬态高温测试系统.该系统的测温范EB:

22、12(XrC2oooic辨别率：Ia干涉型光纤温度传感皆干涉型光纤温度传感器是一种相位调制型光纤传感器。它是利用温度变更Mach一Zehnder干涉仪、FabryPerOt干涉仪、Sagnac干涉仪等一些干涉仪的干涉条纹来外界测量温度。英国的SamerK.AbiKaedBev用长周期光纤光栅做成MaCh-Zehnder干涉型光纤温度传感器.其温度辨别率为0.1。燕山高校研制出基于白光干涉的FabrvPerot光纤温度传感器.其测温他围为一40C100,C,辨别率为0.O1.,C哈尔滨工程高校研制出数字式MaCh-Zehnder干涉型光纤传感器,其测温范用为35cC80C,压力、温度、位移辨别率

23、分别为0.03kPa,0.07C,2.5斗11u干涉式光纤温度传感潺工作示意图基于弯曲损耗的光纤温度传感器基丁弯曲损耗的光纤温度传感器利用硅纤芯和塑料包展折射率差随温度变更引起光纤孔径的变更、光纤的突然弯曲引起的局部孔径的变更的原理测量温度，乌克兰采纳EBOC伍ng1.ishBickfordOpticsCom-Pany)生产的多模阶跃塑料包层硅纤芯光纤HCN-H,已做出基于弯曲损耗的光纤温度传感器.其测温范围30C70C.灵敏度达到0.5C。法国探讨出测温范围一20C6(C灵敏度为0,2*C的基于弯曲损耗的光纤温度传感器。国内主要是对光纤的弯曲损耗与入射波长、弯曲半径、弯曲角度、弯曲长度、光纤

24、参量和温度等的关系做了一些探讨。试脸装置图如图1所示。cy1.inder图1修于屈金庆舞的光纤温度传感a的实验装置图6.2 几种光纤温度传感的特点及各自的探讨方向分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和11弯曲损耗的光纤温度传感器分别具有独特的优点和肯定的不足，因此它们的探讨方向不同。分布式光纤温传感器分布式光纤温传感器具有其他温度传感器不行比拟的优点。它能够连续测量光纤沿线所在处的湿度.测证距离在儿千米范围.空间定位精度达到米的数量级.能够进行不间断的自动测域.特殊适用于须要大范:围多点测M的直用场合。目前对分布式光纤温度传感器探讨的重点：实现单根

25、光纤上多个物理参数或化学参数的同时测量：提高信号接收和处理系统的检测实力.提高系统的空间辨别率和测量不确定度：提高测量系统的测量范围.削减测址时间：基石二维或多维的分布式光纤温度传感器网络。光纤光栅温度传感器光纤光栅温度传感器除了具有般光纤温度传感器的很多优点外.还有些明显优丁其它光纤湿度传感器的方面.其中最重要的就是它的传盛信号为波长调制.这一传感机制的好处在于：测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测黑老化等因素的影响：避开了一般涉型传感渊中相位测量的不清楚和对固有参考点的须要：能便利地运用波分纪用技术在根光纤中串接多个布喇格光椭进行分布式测出：很简洁埋人材利中对其内部的温度进行

26、离辨别率和大范围地测砥。尽管光纤光栅温度传感器有很多优点.但在应用中还需考虑很多因素：波长微小位移的检测：宽光谱、高功率光源的获得：光枪测器波长狭别率的提高：交义敏感的消退：光纤光栅的封装；光纤光制的牢舞性：光纤光栅的寿命。光纤荧光温度传感器光纤荧光温度传感器于其它光纤温度传感器相比有臼己独特的优点：由于荧光寿命与温度的关系从本质上讲是内在的.与光的强度无关.这样就可以制成自较准的光纤温度传感器.而般的基于光强度检测的光纤温度传感器f如相射型1则因为系统的光传输特性往往与传输光纤和光纤耦合器等相关而需常常校准：测坡葩国广，特殊在高温状况下多用光纤荧光温度传感器。目前国外的探讨主要国国着荧光源的

27、选择.主要为卜面几个方面：蓝宝石和红宝勺发光、稀土发光及半导体汲取。干涉型光纤温度传感皆干涉型光纤温度传感器的温度辨别率裔：动态响应宽：结构灵活。探讨干涉型光纤温度传感器的主要工作放在减小噪声干扰和信号解调上。基于弯曲损耗的光纤温度传感器基丁弯曲损耗的光纤海度传感器具有结构简洁、体积小、成本低、测量便利不须要解调等优点。但是它还存在若很多的不足：测量精度低：由于它是强度调制型光纤传感涔，光源的稳定性对其影响很大；运用寿命短等缺点。在今后的探讨中主要从光纤的选择、测量条件的提高等方面开展工作。7光纤温度传感器的应用光纤温度传感自问世以来.主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、快疗以至海洋开发

28、等领域，并已取得/大fit军然的应用实绩.光纤温度传感器在电力系统有若束要的应用电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监:高压配电装包内易发热部位的监测；发电J.、变电站的环境温度检测及火灾报警系统：各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测用、热动爱护以及故障诊断：火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测：地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。光舒温度传惠应用于筑、桥梁上光纤光栅阻度传感器很简洁埋人材料中对其内部的温度进行高辨别率和大范围地测量.因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁平安监测的探讨.并在主要

29、大桥上都安装了桥梁平安监测预警系统.用来监测桥梁的应变、温度、加速度、位移等关键平安指标,1999年更，美国新疆西哥1.aSCmCCS10号州际高速马路的一座钢结构桥梁上安装了120个光纤光栅温度传感器.创建了单座桥梁上运用该类传幡器最多的记录。光纤温度传感在航空航天业的应用航空航天业是一个运用传感器密集的地方.一架飞行器为f监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态机翼和方向舵的位置等，所须要运用的传感器超过100个.因此传感涔的尺寸和重量变得特别重要。光纤传感涔从尺寸小和重量轻的优点来讲.几乎没有其他传感器可以与之相比。传JM的小尺寸在医学应用中是特别律震义的光纤光栅传感器是现今能够做到最

30、小的传感器，光纤光栅传感器能够通过最小限度的侵宙方式对人体组织功能进行内部测量。供应有关温度、压力和声波场的精确局部信息。光纤光刷传感器对人体组织的岗厂阴，等：光纤温度传感器的探讨和应州损害特别小.足以避开对正常医疗过程的干扰.光灯光传感永久井下寓的应用因其抗电槌干扰、耐高温、长期稳定并且抗高辐射特别适合用于井卜.传感.揶威的Optop1.an正在开发用于永久井下测量的光纤光栅温度和压力传感器。8空调器的工作电气原理和基本的热力学过程8.1 空调器基本结构是由制冷（热人空气循环、电气限制三大系统组成。制冷系统：用于制冷剂循环及气/液态变换。制冷剂系统的工作与否受控于电气系统。空气循环系统：用于

31、驱动空气进行循环，过滤室内空气，以及对制冷系统中蒸发器、冷凝器供应空气热交换条件，调整室内的温度等。电气限制系统：用于限制冷系统与空气循环系统的工作与否。制冷系的结构和工作过程制冷系跳的结构由压缩机、冷凝器、过潴器、毛细管、蒸发罂等首尾连接组成。其中，制冷剂的循环潦通由压缩机负货，制冷剂气态转换由蒸发器负贡，制冷剂液态转换由冷凝器负责，制冷剂压力变换由压缩机和毛细管负责，过渡器负责漉除制冷剂中微板脏物。对于制冷而言，其工室内空气吸入图1根机冷冷）T作京理图进室内冷空气热交换后空气排至室外作过程以图1所示窗式空调器为例说明如下：当接通电源后，压缩机及风扇起先运转，蒸发器内的低压气态制冷剂，通过管

32、路被压缩机吸入，并压缩为高压、高温气态，再经过排气管扑入冷凝器对室外空气放热臼身降温变成液态。液态制冷剂经过滤器、毛细管节流后进入蒸发器，由蒸发器蒸发为气态，并在蒸发过程中自身吸热对室内空气降温，冷却后的空气由离心风扇吹向室内，室内的空气乂由风扇的吸气端吸回。这样，空气不断循环，周而复始，室内的空气就得到/降温并维持在肯定温度内，实现制冷目的。制处系块的结构和工作过程制焦系块的结构对于制热而言，其工作过程可用图2所示的冷暖空调制冷（热系统来说明。它是低压管冷凝甥（室内例热交换器）蒸发器（室外侧热交换器）图2冷、IS空司制热乐境IJ1.源理图在单冷空调制冷系统的基础上增加了单换阀和协助毛细管。制

33、热时除制冷剂走向（箭头）与制冷时相反外,且室外催热交换器作蒸发器用于吸热，室内侧热交换器作为冷凝器用于放热。制冷（热）系统各件的功能与作用现说明如下：（D压缩机：压缩机运转后，产生吸排气功能，并由低压管口（粗）吸气、高压管口（细）排气，推动制冷剂在制冷管路中循环流通。同时对低压管吸入的制冷剂进行压缩变为高压高温后由高压管口排出。（2）冷凝器：对压缩机排出的高压、高温气态进行制冷，在流经冷凝器的过程中，逐步散热降温而冷凝为液态/中温/高压制冷剂，实现制冷剂从气态到液态的转换，以把制冷剂携带的热量散发到空气中，实现热电的转移。（3）毛细管；是一根直径4mm、长1In左右的细铜管，接于过淀器（或冷暧

34、机单向阀）与蒸发器之间，对冷凝器流H1.的中温高压液态制冷剂进行节流降压，使蒸发器中形成低压环境.（4）过浦器：漉除制冷剂中微域脏物，保证制冷剂在制冷管路中的循环流通。（5）蒸发器：经毛细管降压节流输出的制冷剂，在流经经蒸发器管路过程中逐步沸腌蒸发为气体，并在蒸发过程汲取外界空气的热量，使四周空气降温。8.2 空气循环系疑的结构和工作过程室外恻14扇室内俐风阚导风风闷图3窗机空气循环系统示意图图3是窗机空气循环系统示意图。它由室内侧、室外侧空气循环两部位组成“两者的核心器件均是多绕组风崩电机。风扇电机的转速受控于功能开关（又称主令开关），风速设置不同，功能开关对风扇电机调速绕组抽头供电不同，调

35、速绕组线圈匝数不同，它与运转绕组串联后的匝数不同，从而使风扇转速不同。8.3 电气限制系统的结构和工作过程电气限制系统的核心器件是压缩机和风扇电机，如图4所示。这两个器件的CR运行绕组在得到沟通220V电源后,CS启动绕组瞬间有启动电流流过就起先运转，把电能变换为机械能.压缩机运转产生的机械能带动制冷系统工作以实施制冷（热）：风扇电机运转产生的机械能，带动扇叶旋转以实现空气循环。（1）压缩机工作限制OFF（）FAN（送风）HIGHCOo1.（高冷）MEDCoo1.（中冷）1.WCOO1.（低冷）TEST（调试）I1.开关调转绕纲动能开关风扇电机BKBU压缩机启动电容风扇启动电容压缩机过池保护器

36、启动绕组机ST温控器Q）由机电气控制系统原理图室内机组变压器室外机组（b）分体嚷挂空调电气系统原理图图4电气系统原理图这里，以图4（八）所示的窗机置于高冷状态为例说明。由图可见，这时功能开关1端分别与4端、8端接通，对压缩机、风扇电机供应供电回路。其中压缩机供电回路如卜一:沟通220丫电源插头1.端一功能开关1端、8端一温控器开关的C端、1.端一F1.过教爱护罂的1端、2端一压缩机的C端。此时分为两路：路经R端一C启动电容的1湍（运转电流）：另一路径S湍子一C启动电容2端、1端（启动电流），最终至电源插头的N端。这样，在压缩机接通电源后，就启动运转,空调起先制冷。当制冷达到设置温度时，温控器断

37、开压缩机供电电路,压缩机停止运转，终止制冷.当室内温度上升到高石设置温度时，温控器再次自动接通压缩机供应回路，压缩机再次运转制冷，以后重复上述过程。至于过我爱护器，它紧贴在压缩机外壳上以感知压缩机温度。在压缩机启动或运转中，电流过大或压缩机过热时过教爱护器会呈现高阳（相当于断开），从而切断在缩机供电回路,达到爱护压缩机的目的.毛如笆琮向IW蛇流皿/W中.如此住上维修切冷1.1标没后gr体经niftg通回一压旧机中.加此U1.H舞枯一质一坏9毕业设计主要内容和拟采纳的探讨方案9.1 光纤温度传感胃的设计依据光纤弯曲损耗的理论分析，光纤温度传感淞结构由三大部分组成：温度敏感头、传输与信号处理部分，

38、具体结构示意图如图3所示。温度敏温度极感头是温度传感器中最主要的部件，是将所测量温度转换成干脆能够测量的参数，在这里，是转换成光纤的损耗大小，同等状态下，损耗大，探测器接收到的光功率小，反之，接收到功率就大。传感头主要由多模光纤与金属构件组成,如图3所示，将光纤施加肯定的张力后干脆加载在多边形金属构件上，固定好后将光纤两端头引出，在引出光纤的两端制作连接器，外加光纤爱护措施，传感头主要工序就已经完成金属零件随西度凹凸不同产生形变也不一样，加载在零件上光纤弯曲损耗大小随之变更金属件受到温度越高，形变越大，在光源输出光功率稳定状况F.光纤弯曲损耗增加时，探测得接收到的光功率就会减小，反之，接收到的

39、光功率增大。当传感头处的温度场发生变更时,通过探测器将接收到的不同光信号转换成电信号，进一步处理、计算，输出外界的温度值大小。金属零件在热变形时，其变形量不仅与零件尺寸、组成该形体的材料线膨胀系数。、环境温度t有关，而且与形体结构因子(取决于几何参数)有关，计算比较困雄,在这里采纳传统的公式模拟来计算：1.t=1.1.+(t-20oC)(5)式中，1.1.一温度I时的尺寸：1.-20C时的尺寸；。一线膨胀系数，其数学表达式比较用雄，可选用平均线膨胀系数，经过查表可知。为了提高传感器的灵敏度，温度敏感头金属材料需选用膨胀系数较大的，I1.膨胀系数在整个温度测显区间要较稳定，有较好重史性：温度敏感

40、头的结构形态也是要考虑的另一个因素，不同的形态，对灵敏度影响很大。要提高传感头对温度的响应时间，须要选用导热系数较高的材料，比热越小越好，在温度突变时，能快速响应。经过课题组反更计算与试验，选用成本较低、加工简洁、导热较快,并且满意运用范用的金属材料铝。通过试验，传感器在-40C+80C温度范围内均可精确工作。传部分光纤在这里不仅要作为转换涔件运用，同时也作为光信号传输载体，选用对弯曲损耗更敏感的多模光纤，般地采纳62.5/125Um标准的多模光纤。由于加我光纤时耍施加肯定的张力限制，使得光纤缠绕在金属零件上，光纤本身就比较简洁损坏，敏感头处光纤长时间受到肯定内应力作用，必需对光纤的涂层进行加

41、固耐磨处理，增加传感器运用的牢靠性。信号处理部分信号处理部分主要由发光管、探测器的驱动电路与数字电路处理两部分组成，发光管、探测器的驱动电路技术已经特别成熟。数字电路处理主要运用价廉物美的单片机，CPU运用美国八TME1.公司生产的八T89C52单片机，是一块具有低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反更擦写的只读程序存储器(PERoN)和256bytes的随机存取数据存储涔(RAM),全部采纳ATMRI.公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中心处理潜(CPU)和F1.aSh存储单元,功能强大。A/D转换采纳A

42、D公司生产的12位D574A芯片，转换时间位25us,数字位数可设定为12位，也可设为8位，内部集成有转换时钟、参考电压和三态输出锁存，可以与微机干脆接口。为了便利在现场运用，光纤温度传感器扩展了1.CD显示接口，同时还扩展了一个RS-232通信口，用于同上位机进行通信，将现场采集的数据传送到上位机，进步分析处理。整个监控程序采纳模块化设计，主要的功能模块仃：系统初始化，A/D采样周期设定，数字滤波，数据处理，串行通信，中断炭护与处理，显示与键盘扫描程序等。程序采纳单片机汇编语言来编写，运用广泛、运算的速度快等特点,有效的利用单片机上有限的RAM空间,其中，由于温度的变更引起光强的变更不是线性

43、的，因此我们采纳查表法对其测量值进行线性补偿。9.2 试验检轴与数据处理已经制作好的温度敏感头通过试脸测试。第一步，在湿度做感头的一湍光纤连接器上加教稳定的短波长的光源，另一端接式1温度与光功率月应依相匹配的光功率计，将温度极感头置入恒温槽中；其次步，设置恒温槽温度，视察光功率计值的变更状况，要满意在测量的整个工作区间光功率都有变更：第W步，定点测量，设定几个或更多温度点,记录下，温度与光功率对应值，反更多次试验，视察温度敏感头的重现性。光纤温度传感头通过试验测试，将温度与光功率相对应数据制成表格，具体见表1所示，曲线图见图4。&2温度1.j转怏电仄对应值通过上述限验表明，传感头满意运用要求，

44、重究性特别好，加载发光管与探测器驱动电路以及信号处理电路，整体调试传感器，视察温度与传感器输出的电压值关系，田更操作上述试验其次、第三步，具体的温度与电压相对应值见表2,曲线图见图5。通过视察上述两个曲线，形态基本样，重复性较好，表明传感器整体性能满意要求.将几个特殊点电压值送到单片机进行处理，采纳直线插值拟合或者最小二乘法曲线拟合，输出温度值。通过实测检验，与标准温度值误差最大值为1C,基于金属热膨胀式的光纤温度传感器设计是胜利的，传感器整体测试精度较高。9.3 设计方案系统原理如图1所示,采纳可见光将光束干脆射入2根经端面处理且并排放置的光纤中，同时为使2根光纤输出的光强近似相等且圾大,采

45、纳2个不同焦距的透镜来增加光的耦合程度。依据马标2曾德干涉原理,在出口处2路光纤并排紧密放置,发生干涉.随后由CCD传感器接收,并在监视器上观测温度变更时条纹的变更规律。一方面通过温度标定得到温度与条纹数的对应关系，另一方面运用MAT1.AB对采集到的干涉图像进行处理,通过程序自动判别条纹数。从而得到温度的变更值,实现光纤温度传感测量。1马赫2泽德干涉型光纤温度传感器装置实现方法与现象(1)平台的搭建为了得到较好的效果,实现中应留意以卜.问题：耦合问题:在光纤传感系统中，各部件采纳耦合效率较高的凸透镜耦介,如图2所示将激光器放在凸透镜的焦点上,使其为平行光,然后再用另一个凸透镜将平行光聚集到光

46、纤端面上。整个耦合系统调整组装较简洁,运用便利，图2光路耦合示意图光路准直:搭建试验平台时要留意使整个光路平行于平台，这就须要利用光屏十字法来校准光路，首先确定激光束与试验平台平行;其次在光路上分别加上透镜，调整光具座使透镜前后的光斑落在十字的中心位置。并且依据透镜焦距,使光纤的端面尽址位于透镜的焦点上.如图3所示。图3光路准直示意图(2)产生的现象依据前面论述的方案,通过光路调整等一系列过程,得到干涉图像如图4所示。通过使光纤的感温部分受热,可以在监视器上视察到条纹的变更。当温度上升时，条纹几近匀速地向右移动：当温度降低时，条纹向相反的方向移动,这样的变更较为规律,但是对于温度检测电路来说,

47、要求温度变更可测,从而得到定量的关系；对于图像检测而言，条纹要尽量清楚，明暗对比剧烈，才能在图像处理时削减不必要的误差。图4干涉条纹图像值号检渊及姻11温度标定(1)方案：为使感温部分的光纤匀称受热,选择2个5cm的薄铜片将光纤夹入其中。运用电烙铁为其加热,使其温度变更范围加大，条纹移动明显。对于其他不感温光纤,将其固定在绝热平台上,减小热源的影响。(2)电路设计：本文运用热敏电阻标定温度与干涉条纹数之间关系，由热敏电阻随海度变更呈指数规律，即其非线性是特别严峻的。当进行温度测量时,应考虑将其进行线性化处理。测温电路如图5所示。GND图5测温电路本系统中所用的热敏电眼为负温度系数。其特性可以表

48、示为:Rt=RtOexpB1.T-ITO(I):Rt、RtO分别为温度T和TO时的电阻值。依据式(D以及压阻变换关系可以得到下面这个最终的依据电压的变更从而测得温度变更的表达式：1T=IBInUtUtO+1TO(2)(3)数据处理在测做过程中，为找到合适的电压测量点,选择时间为参考因素，以60s为一个阶段,测量一次热敏电阻两端电压，记录电压值，并依据公式得对应的温度，求得At。同时记录在这些点间的条纹移动数量,记为An。依据At和An可得到温度与条坡之间的函数关系。(4)结果分析设条纹变更数为Ay,温度变更数为Ax,则依据试的数据可以得到这样一个近似线性的函数:关系式：Ay=8.30即温度上升1*C,条纹移动8.30个。假如标定起始温度,依据这关系,即可得到变更