雙通道光纖氣壓傳感器的光電信號檢測及處理技術

周大偉

摘 要 眾所周知，傳感器（transducer）即為現階段的前沿技術，亦為近年來科學發展的一個標志。若將計算機視為人類思維的擴展，那么傳感器即為人類的感官，在計算機技術全面進程時，我們逐漸意識到信息攝取設備——傳感器并未跟上信息技術的發展。而近年來，世界各國都逐漸側重于傳感器的開發，因此近年來傳感器發展也非常迅速，二零零五年至今，傳感器的產量與市場需求年增長率超過十個百分點。文章將以淺析雙通道光纖氣壓傳感器的光電信號檢測及處理技術作為切入點，在此基礎上予以深入的探究，相關內容如下所述。

【關鍵詞】雙通道光纖氣壓傳感器 光電信號檢測 技術

1 整體設計

圖1即為光纖位移transducer的基本構成，其主體為雙通道光纖transducer，其中包括了Probe、optical、反射面、前置放大、光接受、曲線線性化修正、信號處理電路、系統校正等。optical經調制的一千赫茲的光通過photodiode轉換為光電流，在此基礎上送前置放大電路予以放大處理，同時濾波并予以有效參數轉換，完成后的直流信號就被傳輸至單儀器模數轉換器，同時經單片機予以公式計算，同時調用插值算法對參數予以線性化處理，進而將結果送至顯示單元。因文章篇幅有限，作者將對最為主要三方面進行研究，其中包括：光源、光電探測電路及信號調理電路。

2 光源

光源也就是LIMO laser，雙通道光纖sensor的輸出特性參數與光源光強沒有內質聯系，因此對LIMO laser沒有特殊要求。LIMO laser和光纖入射端口間，裝置一光斬波器，這樣可以對入射光予以微調，通過微調的頻率控制在一千赫茲。我們要注意的是，LIMO laser射出的光相對較足，同時具有功率大的特點，若想從根本避免光電流進入光探測設備前置放大后參數過高而造成電路出現飽和的情況，我們可在LIMO laser和光纖入射端口間安裝透明障礙物予以弱化處理。

3 光電探測電路

光纖傳感器，其中Photodetector具有十分重要的地位，Photodetector即為光探測接受系統的核心。Photodetector與其他器件一樣，有一套依附于實際需要而制定的特性數據，這一套性能數據有效的體現了各種探測器的共同因素。

光纖傳感器內的Photodetector主要通過photodiode、APD、PIN光敏二極管以及光電三極管等構成。

一般的photodiode的暗電流較高，同時性能缺乏穩定性，光電轉換率低，且響應速度慢。PINphotodiode即為PN結中間裝置其中加入的本征semiconductor （記做I），I層很厚，且吸收系數偏低，這樣入射光可以很輕易的滲透至材料中被全面吸收，因此在一定程度上提高了光電轉換有效性。

photomultiplier tube與APD工作狀態下，通常需要加入一定的偏壓，使用起來缺乏便捷性，特別在現場測量時更是如此，APD的等效噪聲功率也較高，一般用于入射光功率偏低時，APD雖然轉換效率高，不過會受溫度的影響。同時我們要注意，探測器的中心波長與Light-Emitting Diode的中心波要制衡。光探測器的擇取要依附于入射信號功率而定。

PIN photodiode具較強的穩定性，PIN光敏二極管對波長較小的光響應最佳，同時線性響應時間在毫秒級。

4 信號調理電路

Transducer大多由三部分構成，包括：

（1）敏感元件，敏感元件是將被測量以確定的關系轉換成另一種物理量，所轉換的物理量便于轉換成電量；

（2）轉換元件，轉換原件將敏感元件的輸出物理量轉換成電量；

（3）信號調理電路，是將電量轉換成可直接測量的電量，同時予以濾波及A/D的轉換。

信號調理即為測控系統的核心構成因子，信號調理將Transducer的輸出電信號轉換成適合于傳輸及顯示、記錄的信號，可以更好的達到后續電路及設備對輸入信號的要求。信號調理電路一般包括：

（1）電平調節；

（2）信號放大；

（3）阻抗匹配。

信號調理過程即為Transducer標準化的重要基礎。雙通道光纖氣壓傳感器的信號調理電路包括帶通濾波電路、前置放大電路、末級放大電路以及真有效值轉換電路。圖2是此系統的實際信號調理硬件電路板。板子整合了單片機應用系統與信號調理電路，相關分元器件均擇取貼片封裝，在一定程度上節省了空間，利于Transducer的安裝。

5 總結

綜上所述，光纖位移transducer的基本構成，其主體為雙通道光纖transducer，其中包括了Probe、optical、反射面、前置放大、光接受、曲線線性化修正、信號處理電路、系統校正等。光源也就是LIMO laser，雙通道光纖sensor的輸出特性參數與光源光強沒有內質聯系，因此對LIMO laser沒有特殊要求。LIMO laser射出的光相對較足，同時具有功率大的特點，若想從根本避免光電流進入光探測設備前置放大后參數過高而造成電路出現飽和的情況，我們可在LIMO laser和光纖入射端口間安裝透明障礙物予以弱化處理。而光纖傳感器內的Photodetector主要通過photodiode、APD、PIN光敏二極管以及光電三極管等構成。總的來說雙通道光纖氣壓傳感器具有不受干擾等特性，能夠實現高精度、非接觸測量。因此此研究對學術及實際均有一定的促進作用。

參考文獻

[1]趙嵐，曾濤.干涉式光纖電壓傳感器的原理及其相位檢測系統的設計[A].2015'中國儀器儀表與測控技術交流大會論文集（二）[C].2015.

作者單位

四川省人大常委會辦公廳 四川省成都市 610000