[发明专利]一种高精度温度传感器

摘要

本发明的一种高精度温度传感器属于光纤传感器技术领域。其主要结构有泵浦源(1)、光波分复用器(2)、掺铒光纤(3)等。本发明用正弦信号作为调制信号，不会产生高频干扰，具有工作更可靠、传感精度高、应用范围广等特点。

主权项

1.一种高精度温度传感器，其结构有，泵浦源(1)与光波分复用器(2)的980nm端相连，光波分复用器(2)的1550nm端与延迟线可调光纤(11)的一端相连，延迟线可调光纤(11)的另一端与第一光隔离器(10)的输入端相连，延迟线可调光纤(11)的控制端与电平转换芯片(12)的输出端口相连，电平转换芯片(12)与单片机(15)相连；第一光隔离器(10)的输出端与光滤波器(9)的光输入端相连，光滤波器(9)的电控制端与单片机(15)相连，光滤波器(9)的光输出端与光环形器(7)的第一端口相连，光环形器(7)的第二端口与布拉格光栅组(8)的一端相连，光环形器(7)的第三端口与第一光耦合器(5)的输入端相连，第一光耦合器(5)的90％输出端与第二光隔离器(4)的输入端相连，第二光隔离器(4)的输出端与掺铒光纤(3)的一端相连，掺铒光纤(3)的另一端与光波分复用器(2)的公共端相连；第一光耦合器(5)的10％输出端与第二光耦合器(6)的输入端相连，第二光耦合器(6)的一个输出端与第三光耦合器(22)的一个输入端相连，第二光耦合器(6)另一个输出端与缠绕在压电陶瓷(21)上的光纤的一端相连，缠绕在压电陶瓷(21)上的光纤的另一端与第三光耦合器(22)的另一个输入端相连，第三光耦合器(22)的一个输出端与第一光探测器(23)的输入端相连，另一个输出端与第二光探测器(24)的输入端相连；其特征在于，结构还有，第一光探测器(23)的输出端与差分放大电路(25)的同相输入端相连，第二光探测器(24)与差分放大电路(25)的反相输入端相连，差分放大电路(25)的输出端与函数变换电路(26)的输入端相连，函数变换电路(26)的输出端与自适应幅度归一电路(27)的输入端相连，自适应幅度归一电路(27)的输出端与相位比较电路(28)的一个输入端相连；数模转换电路(18)的输入端与单片机(15)相连，输出端与可控频率源(19)的输入端相连，可控频率源(19)的输出端与相位比较电路(28)的另一个输入端相连，相位比较电路(28)的输出端与单片机(15)相连；可控频率源(19)的输出端还与PZT驱动电路(20)的输入端相连，PZT驱动电路(20)的输出端与压电陶瓷(21)的控制端相连；单片机(15)还分别与输入按键(13)、温度传感器(14)、串口通信模块(16)、显示屏(17)相连；所述的函数变换电路(26)的结构为,电容C3的一端与三角函数转换器U1的管脚12及电阻R2的一端相连，电容C3的另一端作为函数变换电路(26)的输入端，记为端口ACOS_in，与差分放大电路(25)的输出端相连；电阻R2的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚2、3、4、5、8、11、13接地，管脚9、10与电容C2的一端及‑12V电源相连，电容C2的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚6与管脚7相连，管脚16与+12V电源及电容C1的一端相连，电容C1的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚1与滑动变阻器W1的滑动端相连，滑动变阻器W1的一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与三角函数转换器U1的管脚14相连，滑动变阻器W1的滑动端作为函数变换电路(26)的输出端，记为端口ACOS_out，与自适应幅度归一电路(27)的输入端相连；所述的三角函数转换器U1的型号为AD639；所述的自适应幅度归一电路(27)的结构为，电容C9的一端与电阻R3的一端及芯片U2的管脚3相连，电阻R3的另一端接地，电容C9的另一端作为自适应幅度归一电路(27)的输入端，记为端口ADAPT_in，与函数变换电路(26)的端口ACOS_out相连；芯片U2的管脚1、管脚7、管脚8、管脚14均接地，管脚2与管脚4均与+5V电源相连，管脚11与管脚12相连并与电容C5的一端及+5V电源相连，电容C5的另一端接地；芯片U2的管脚13与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地；芯片U2的管脚9与电容C6的一端相连，电容C6的另一端接地；芯片U2的管脚5与电阻R12及电阻R11的一端相连，电阻R12的另一端接地，电阻R11的另一端与运放U4的输出端及电容C8的一端相连，运放U8的正电源端接+5V电源，负电源端接地；电容C8的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与运放U4的同相输入端相连；运放U4的反相输入端与滑动变电阻器W3的滑动端相连，滑动变阻器W3的一端与+5V电源相连，滑动变阻器W3的另一端接地；电容C7的一端与电阻R9的一端及运放U4的同相输入端相连，电容C7的另一端接地，电阻R9的另一端与电阻R7的一端及运放U3的输出端相连，电阻R7的另一端与运放U3的反相输入端相连；电阻R8的一端与运放U3的同相输入端相连，另一端接地；运放U3的正电源端接+5V电源，负电源端接地；芯片U2的管脚10作为自适应幅度归一电路(27)的输出端，记为端口ADAPT_out，与相位比较电路(28)的一个输入端相连；芯片U2的管脚10与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端及运放U3的反相输入端相连，电阻R5的另一端与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与滑动变阻器W2的滑动端相连；滑动变阻器W2的一端与二极管D3的负极相连并接地，滑动变阻器W2的另一端与电阻R6的一端及二极管D3的正极相连，电阻R6的另一端接‑5V电源；所述的芯片U2是可变增益放大器芯片，型号是AD8367；所述的相位比较电路(28)的结构为，电容C10的一端与运放U5的同相输入端及电阻R13的一端相连，电容C10的另一端作为相位比较电路(28)的一个输入端，记为端口PHASE_in1，与自适应幅度归一电路(27)的端口ADAPT_out相连；电阻R13的另一端接地；运放U5的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6A的CLK端；D触发器U6A的D端口接地；电容C11一端接地，另一端接D触发器U6A的PR端；电阻R14一端接D触发器U6A的PR端，另一端接D触发器U6A的Q端；D触发器U6A的CLR端接+5V电源，D触发器U6A的Q非端接D触发器U8A的PR端；电容C12的一端与运放U7的同相输入端及电阻R15的一端相连，电容C12的另一端作为相位比较电路(28)的另一个输入端，记为端口PHASE_in2，与可控频率源(19)的端口SineM_out相连；电阻R15的另一端接地；运放U7的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6B的CLK端；D触发器U6B的D端口接地；电容C13一端接地，另一端接D触发器U6B的PR端；电阻R16一端接D触发器U6B的PR端，另一端接D触发器U6B的Q端；D触发器U6B的CLR端接+5V电源，D触发器U6B的Q非端接D触发器U8A的CLR端；D触发器U8A的D端和CLK端均接地，Q端作为相位比较电路(28)的输出端，记为端口PHASE_out；所述的可控频率源(19)的结构为，滑动变阻器W4的一端接+12V电源，另一端和滑动端接三极管Q1的基极；电容C14的一端接三极管Q1的基极，另一端接地；电阻R17的一端接三极管Q1的基极，另一端接地；电阻R18的一端接+12V电源，另一端接三极管Q1的集电极；电阻R19的一端接三极管Q1的发射极，另一端接地；电容C15的一端接三极管Q1的发射极，另一端接三极管Q1的集电极；电容C16的一端接三极管Q1的发射极，另一端接地；三极管Q1的集电极作为可控频率源(19)的输出端，记为端口SineM_out；电容C17的一端接三极管Q1的集电极，另一端与电容C18的一端及电感L1的一端相连，电容C18的另一端接变容二极管D4负极，变容二极管D4的正极接地，电感L1的另一端接地；电容C19的一端接地，另一端作为可控频率源(19)的输入端，记为端口SineM_in；电阻R20的一端与端口SineM_in相连，另一端与变容二极管的负极相连。