传感器 光纤ppt课件.ppt

《传感器 光纤ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章光纤传感器①突出的优点●电绝缘。特别适用于高压供电系统及大容量电机的测试。●抗电磁干扰。适合于苛刻环境，用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。●多个相似或不同传感器可以缚在单根光纤上。还可实现分布式传感。②制约其大范围使用的原因●成本：与普通电传感器相比，光纤传感器价格很高；●耐用性：光纤传感器都十分脆弱，使用时必须加以防护；●数据解释：传感器输出受到光纤系统结构的轴向/径向/侧向应变、温度、热膨胀以及外部湿度的影响，造成传感器数据解释不直接。对于那些包括多个或复合传感器的系统，需要对数据进

2、行还原和融合；：光纤传感器：：。1光纤传光原理光的反射定律：光的折射定律：：n1n2n1n2θ2θ1光的全反射：当光从光密物质出射到光疏物质发生折射时，其折射角大于入射角；当入射角增大到临界角后，出射光不再折射而是全部反射。临界角θi0=arcsin(n2/n1)：n2n1n1>n2θ2θ1光纤结构：●主体----纤芯与包层●纤芯---石英玻璃、（二氧化硅），掺杂其他微量元素以提高折射率●包层---二氧化硅（主体）---折射率略低于纤芯。●涂敷层---硅酮或丙烯酸盐---隔离杂光。●护套---:尼龙

3、/其他有机材料---提高机械强度，保护光纤●特殊场合：没有涂敷层和护套---裸纤：。纤芯包层涂敷层护套2结构原理及分类2.1结构原理：传统传感器：：光纤传感器：把被测量的状态转换成可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件（光纤或非光纤）、光接收器、信号处理系统以及光纤构成。2.2分类：2.2.1根据光纤在传感器中的作用①传感型光纤传感器●利用外界因素改变光纤中光的特征参量，从而对外界因素进行计量和数据传输的，称为传感型光纤传感器；●具有传感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤之中。③拾光型光纤传感器●用光纤作为探头，接收由被测

4、对象辐射的光或被其反射、散射的光。②传光型光纤传感器●传光型光纤传感器是指利用其它敏感元件测得的特征量，由光纤进行数据传输；●特点是充分利用现有的传感器，便于推广应用。图9-5根据光纤在传感器中作用分类功能型光纤传感器非功能型光纤传感器拾光型光纤传感器：。2.2.2调制方式（光纤传感原理）光纤传感器的核心就是光被外界输入参数的调制。外界信号可能引起光的某些特性(如强度、波长、频率、相位、偏振态等)变化，从而构成强度、波长、频率、相位和偏振态等调制。：（1）光强度调制利用被测量的作用改变光纤中光的强度，再通过测量光强的变化来测量

5、被测量的原理称为强度调制。：。①利用微小的线性位移和角位移进行调制：。距离X变化时，出射光也不同，X变小出射光变强●入射光纤和出射光纤的间距为2～3μm，端面为平面，两者对置；●入射光纤固定；●外界作用（如压力、张力等）使得出射光纤作横向或纵向位移或转动；●径向位移d与功率耦合系数T之间存在下列关系：式中S0为光纤中的光斑尺寸；●出射光纤输出的光强被其位移所调制；●这种调制方法可以测量10μm以内的位移量。：光纤压力测量：：。当膜片不受压时入射光纤和出射光纤正对，入射光全能通过出射光纤输出当传感器的膜片受压，弹簧片变形，出射光

6、纤与入射光纤不正对，入射光不能全部通过出射光纤输出，只能小部分输出。②利用光纤微弯产生的损耗进行光强调制当光纤轴向受力而发生微小弯曲时，光纤中的部分光会折射到纤芯的包层中去，不产生全反射，这样将引起纤芯中的光强发生变化。因此，可测量外界作用，如应力、重量、加速度等物理量。：。③利用光纤的吸收特性的强度调制●x、γ射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加，使光纤的输出功率降低，从而可以构成强度调制器，用来测量各种辐射量;●用不同材料制成的光纤对不同射线的敏感程度是不一样的，由此还可以鉴别不同的射线.：④反射式强度调制：当光纤测头与

7、物体的距离X变大时，接收光纤上的返回信号会变小：当水池液位下降后，光纤发出的光只有部分反射回光纤，根据前后两次不同的光强，可以测定水面的高度。光纤液位测量：：⑤利用折射率的变化进行强度调制温度测量、水中含油量测量等（2）频率调制和波长调制（颜色调制）利用外界作用改变光纤中光的波长或频率，通过检测光纤中光的波长或频率的变化来测量各种物理量的原理。●波长调制技术比强度调制技术用得少，其原因是解调技术比较复杂，一般需要用分光仪;●频率调制技术目前主要利用多普勒效应来实现;●优点在于它对引起光纤或连接器损耗增加的某些器件的稳定性不敏感

8、。：：①频率调制利用外界因素改变光的频率，通过检测光的频率变化来测量外界物理量的原理。频率调整基于光学多普勒效应。光学多普勒效应：当光源S发射出的光，经运动的物体散射后，观察者所见到的光波频率fl相对于原频率f0发生了变化。S为光源，N为运动物体，M为观察者所处的位置。若物体