开题报告2.27
河北联合大学 本科毕业论文开题报告 题目：
光纤液位传感器的设计及仿真 学 学 院：
信息工程学院 专 专 业：
通信工程 班 班 级：
10 通信 1 班 姓 姓 名：
学 学 号：
指导教师：
2013 年 12 月 24 日
一、选题背景（含题目来源、应用 性和先进性及发展前景等）国民经济建设和国防建设中,不少地方是高温、高压或易燃易爆场合，例如石油化工等易燃易爆的行业。为保证设备和人身安全,提高生产效率和产品质量,减少损失浪费,便于管理、核算等目的都需要对有关液体液位进行比较精确的测定,从而达到控制的目的。因此液位测量一直是人们非常重视和不断研究的课题。企业中, 液位作为一个主要热工参数, 其常用的检测方法有多种,但随着科技的进步,人们生活空间的扩大,需要液位检测的地方越来越多,环境越来越复杂,技术要求也越高,为此先进的检测技术和仪器不断出现。
自从 1970 年美国的康宁公司第一次成功地研制出传输损耗为 20db/km 的石英光导纤维以来，光纤技术得到了快速的发展。继光纤通信之后,近年来光纤传感器的研制也获得了很大的成就。1977 年美国海军研究所首先进行光纤传感器系统的研究。随后,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视。我国在 70 年代末开始了光纤传感器的研究工作,并在“七五”规划中提出了 15 项传感器研究项目。随着通信技术的发展, 现已研制开发出了各种类型的光纤传感器。光纤既可以作为光传输的介质又可作为传感元件。与传统的电类传感器、磁类传感器、射线声学类传感器相比,具有许多优点。a.光纤传感器具有很强的抗干扰能力。b.光纤传感器灵敏度高。c.光纤传感器具有耐高温的优点。d.光纤传感器是通过光来检测和传输信息的，方法简单,具有很高精度和分辨力,特别适用于大型油库的油罐、储液罐等易燃、易爆及腐蚀性、有毒液体物质的监测。
作为光纤传感器的一种，光纤液位传感器是一种新型的液位传感器，具有良好的发展前景。光纤液位传感器采用红光或近红外光为光源，以光导纤维作为信号传输载体，光纤敏感头为检测单元，利用光折射原理，通过对光在空气和被测介质中不同折射率的分析，实现对液位的定点监测。光纤液位传感器按测量原理、被测物体的种类(液体、固体)及其使用方法(连续测量和点测量)可以分为很多种,如泄漏模式、遮光式、表面反射式光纤液位传感器以及利用荧光纤维特性、光纤微弯特性制成的光纤液位传感器和基于周围介质折射率变化制成的液位传感器等，这些光纤液位传感器各具有独特之处。1983 年,Spemler 等提出了第一个基于传感头部折射率变化的光纤液位传感器。其优点是灵敏度高,电子系统实现比较简单,最终的光电系统响应时间短,多个探头组合可实现多点准分布式液位测量,因而各国学者对这种方法研究的最多。传感器头的设计发展得很快,有将两根光纤熔接在一起做成的传感头、方形透明棱镜传感头、用一种厌水性的聚氯化合物做成的传感头、针尖形光纤传感头等。
我国的液位测量技术发展比较缓慢。目前在我国的工业，民用，食品等行业所
使用的液位测量传感器，大都是国外的产品。为此，开发具有自主知识产权，在可靠性、安全性、灵敏度等方面能够满足我国工业产业需求的液位传感器是目前非常紧要的工作。
二、设计方案（含设计主要内容、方法手段及预期达到的目标等）主要内容 本设计主要的研究内容有三个方面：
1.光纤的特性和主要参数，以及光纤在工业中的应用特性； 2.基于受抑内全反射原理光纤液位传感器的传感机理； 3.光纤液位传感头的设计和 MATLAB 仿真。
方法手段 分析光纤液位传感器的机理，根据应用场合的要求，提出基于受抑内全反射原理液位传感器的设计方案，对传感头的参数进行优化设计，并利用 matlab 程序对光纤液位传感器的传感特性进行仿真分析。
预期目标 根据仿真结果，分析光纤液位传感器的灵敏度和分辨率，并和现有液位传感器进行比较，为复杂环境下的液位测量提供一种新的解决方案。
三、进度安排 2014.01.01~2014.03.15 查阅相关文献资料，了解光纤液位传感器的作用原理和传感头的结构，确定设计方案，完成开题报告。
2014.03.16~2014.04.30 进一步研究光纤的特性、主要参数以及光纤液位感器的原理，并根据传感原理提出传感器硬件设计，对传感头进行优化设计，完成中期考核。
2014.05.01~2014.06.15 编写 MATLAB 程序，对光纤液位传感器的传感特性进行仿真分析，根据仿真结果分析传感器的灵敏度和分辨率，完成毕业论文初稿。
2014.06.16~2014.06.30 总结设计完成情况，进一步完善毕业论文，进行毕业答辩。
于 四、参考文献（外文参考文献不少于 2 篇）［1］段继洲．光纤传感器原理、应用及其前景浅析［Ｊ］．电子技术与软件工程，2013（08）． ［2］黄燕平，裴丽，简水生．光纤液位传感器综述［Ｊ］．光通信技术，1995（19）． ［3］骆宇锋，高应俊，刘志麟，赵中华．新型光纤液位传感器及其系统研究
［Ｊ］．传感器技术．2005（05）,19-21.［4］于凌宇．国内外传感技术市场和发展状况［Ｊ］．传感世界．2000(07).［5］李国哲．探针式光纤液位传感器的仪器化研究［Ｄ］．大连：大连理工大学，2004.［6］任亮．高精度光纤液位传感器的研究［Ｄ］．大连：大连理工大学,2003． ［7］段静波．进位式编码盘光纤液位传感器的研究［Ｄ］．南京：南京林业大学,2008． ［8］任华伟．光纤液位传感器的研究［Ｄ］．山东：山东大学,2004． ［9］管爱红．触点式光纤液位传感器的研究及强度调制型光纤压力传感器的稳定性考查［Ｄ］．大连：大连理工大学，2002.[10] 廖延彪.光纤光学[M]．北京：清华大学出版社，2000.[11] 涂亚庆、刘兴长.光纤智能结构[M]．北京：高等教育出版社，2005.[12] 靳伟等.光纤传感技术新发展[M]．北京：科学出版社，2005.[13] 廖延彪[等]．光纤传感技术与应用[M]．北京：清华大学出版社，2009.[14] 江毅．高级光纤传感技术[M]．北京：科学出版社，2009.［15］孙圣和，王廷云，徐影．光纤测量与传感技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000(05)． ［16］刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽等．光纤通信[M]．西安电子科技大学出版社,2001． [17] 周开利等.MATLAB 基础及其应用教程[M]．北京：北京大学出版社，2004.［18］胡亚琦．单片机原理及应用系统设计[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2010(09)． ［19］M.Boerkamp，D.W.Lamb，P.G.Lye．An intrinsic exposed core optical fiber sensor as a quantitative surface crystallization monitoring sensor［Ｊ］． Sensors & Actuators: B.Chemical，2013（02）． ［20］Lobodzinski Suave Laks．Biopotential fiber sensor［Ｊ］．Journal of Electrocardiology，2006（04）.
