[發明專利]一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統

有效

• 申請號: 202011340563.7
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112630171B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 周海洋;孫浩哲;夏鵬凱
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 蔣娟

本發明提供一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，包括：所述LED驅動模塊，用于接收所述信號發生模塊產生的激發光電信號，并產生相應強度為正弦波的激發光；所述光路部分，用于將所述激發光傳輸到光纖末端的氧敏感層，通過所述氧敏感層產生相應的熒光；以及將所述氧敏感膜處產生的熒光傳輸到所述光電轉換模塊；所述光電轉換模塊，用于將所述熒光轉換成為熒光電信號；所述中央處理器模塊，用于對所述熒光電信號和所述激發光電信號進行采樣，并采用快速傅里葉變換的方式對采樣結果進行分析處理，得到相應的氧氣濃度數據。本發明實施例的傳感器系統，成本低，體積小，且簡單易行，具有極強的通用性，有效提高了氧氣濃度檢測的效率和可靠性。

技術領域

本發明涉及傳感器設計領域，具體涉及一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統。

背景技術

隨著電子技術、計算機技術以及傳感器技術的快速發展，氧氣傳感器逐漸應用普及，目前已經在工業生產、醫療醫藥和生物研究中發揮著重要作用，并產生巨大的經濟效益。光纖傳感器具有抗電磁干擾、耐事故能力強、精度高、本質安全等優點，在溫度、位移和氣體測量方面的均有廣泛的應用。在未來，光纖傳感器將具有廣闊的發展前景。然而，現有的氧氣傳感器普遍存在檢測效率較低，靈敏度較差的問題。

傅立葉變換是一種分析信號的方法，它用正弦波作為信號的成分，可分析信號的成分，也可用這些成分合成信號。為方便傅里葉變換在計算機上的應用，發展出了快速傅里葉變換算法。快速傅里葉變換能夠將一個周期性信號分解成為正弦信號的疊加，并體現在頻域上。快速傅里葉變換在信號處理領域有著廣泛的應用，在通信、圖像處理、電聲系統測量等方面發揮著重要作用。因此如何基于快速傅里葉變換算法實現氧氣濃度快速檢測成為目前業界亟待解決的需要課題。

發明內容

為此，本發明實施例提供一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，以解決現有技術中存在的氧氣傳感器普遍存在檢測效率較低，靈敏度較差的問題。

本發明實施例提供一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，包括：LED驅動模塊、光路部分、信號發生模塊、光電轉換模塊、中央處理器模塊；

所述LED驅動模塊，用于接收所述信號發生模塊產生的激發光電信號，并產生相應強度為正弦波的激發光；

所述光路部分，用于將所述激發光傳輸到光纖末端的氧敏感層，通過所述氧敏感層產生相應的熒光；

所述光電轉換模塊，用于將所述熒光轉換成為熒光電信號；

所述中央處理器模塊，用于對所述熒光電信號和所述激發光電信號進行采樣，并采用快速傅里葉變換的方式對采樣結果進行分析處理，得到相應的氧氣濃度數據。

進一步的，所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，還包括:信號放大模塊；

所述信號放大模塊，用于對所述光電轉換模塊產生的熒光電信號進行放大處理，并將放大處理之后的熒光電信號傳輸到所述中央處理器模塊。

進一步的，所述信號放大模塊為多通道跨阻放大器。

進一步的，所述中央處理器模塊包括：數據采集模塊、算法處理模塊以及通信模塊；

所述中央處理器模塊具體用于，利用所述數據采集模塊對所述熒光電信號和所述激發光電信號進行采樣；利用所述算法處理模塊采用快速傅里葉變換的方式將包含所述激發光電信號和所述熒光電信號的采樣結果轉變為相應頻率信號的實部和虛部，通過反正切變換并作差得到相應的相位差，根據所述相位差得到對應的氧氣濃度數據；以及利用所述通信模塊將所述氧氣濃度數據發送到預設的存儲模塊、上位機模塊或顯示模塊。

進一步的，所述LED驅動模塊包括：運算放大器、晶體管以及球頭燈珠；

所述LED驅動模塊具體用于，利用所述運算放大器和所述晶體管控制輸入所述球頭燈珠的電流，激發所述球頭燈珠產生燈光強度按正弦波變化的激發光。