51单片机天然气水合物光透过率检测系统设计(2)
油气管道的流动保证、能源开发、气体储存、气候变化还有地质灾害等方面是现在天然水合物主要研究方向。但是实际对天然水合物开发利用存在许多问题，就需要在实验室中模拟天然水合物实验，作为进一步开发利用天然水合物的基础。天然水合物一经发现，其价值就得到了全世界的认可，所以对其的研究一直持续到现在，因此产生了数种研究天然水合物的物理化学特性，热动力学特性的实验装置。包括了光学检测、声呐检测、超声波检测、红外检测等所有目前较为成熟的检测的手段[1~3]。
1.2 研究现状
1.3 本文研究内容
在已知可以通过光透过率的变化来检测天然水合物在高压反应釜内的相变的条件下，我们可以利用光学检测手段了解在反应釜内物质的光透过率的变化，从而实现对水合物变化的检测。而我们需要的不仅仅是知道反应釜内物质是否变化，而是对水合物光透过率变化的进一步检测和记录，所以我们通过后面的包括信号收集，光电转换，A\D转换，单片机处理数据，直到最后的微机数据处理及记录，都是为了实现这一目的进行设计的。在经过一系列的信号转换，我们最终需要得到的是关于天然水合物在压力和温度变化情况下，计算机分析处理得到的曲线。
2 系统设计
通过率的光纤传感器系统如图1所示，主要包括光源：光源，照明系统，光信号接收系统，光电转换电路，计算机数据采集和处理系统，其工作原理是：源产生白色的光被耦合到参考纤文束和白色光照射的纤文束，光电转换信号处理将获得直接的参考光束，为光源波动信号检测；照明光纤束将光信号传输到光传输系统中，暴露于温度条件下，随压力的变化而变化，天然气和水的液体状态的变化。在接收系统测试光纤束接收所发送的光信号，光信号的大小可以反映天然气水合物反应釜的透光率的大小。光纤束测量的光电接收器接收到的光信号，转换和信号处理，计算机产生A\D转换所需的电压信号（0～5V），经过单片机AT89C51，将计算机数据采集与处理，计算后，可以得到的天然气水合物与P，T通过光线的变化率的数据和特性曲线的状态变化过程[16]。
图2.1 光通过比传感器组成
2 .1光电检测系统设计
2.2 2.2 光电检测系统原理框图
简而言之，本文将要讨论的就是针对天然水合物光透过率进行的一次光电检测系统设计。接下来就光电检测各个主要部分对本系统进行介绍
2.1.1 光源的选择
光源是光电检测系统中必不可少的部分，光电检测系统选择采用的白光光纤冷光源,他的最大输出功率只有100w，并且亮度是可以进行调节的。选择这种光源的理由是既要满足水下密封工作要求，还要满足光强透射比测试系统光强可调节的要求。
2.1.2 光信号接收端的设计
这是对光信号的一种匹配处理，这一工作环节放在检测对象的前后，使得通过检测对象的光信号可以更好的被后面的系统进行收集。光信号通常在检测表征被测量可以体现在在光强度的变化，光谱的变化，在各种干涉和衍射条纹的变化，偏振特性的变化，和脉冲数或脉冲宽度的变化。匹配的光信号处理的主要目的是为了获得更好的信息进行测量，以满足光电转换的需要。
光信号接收端是一个带聚光镜的光纤束接受信号端口，这样做会使得反应釜内可以得到检测信息的光信号可以汇聚于光纤束入射端口，目的就是为了提高透过检测物质的光信号可以更多的被接收。而测试光纤束会紧接着将收集到的光信号送入光电转换电路的信号接收端，进行光电信号转换。