光纤传感器基本原理ppt课件.ppt

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1、opticalfibersensors光纤传感技术Opticalfibersensors第五章光纤传感器基本原理FundamentalofOpticalFiberSensor§5.4频率调制机理利用外界作用改变光纤中光的频率，通过检测光纤中光的频率的变化来测量各种物理量,这种调制方式称为频率调制。频率调制技术目前主要利用多普勒效应来实现一、频率调制光纤传感器的基本原理波源的振动频率f观察者测得的频率f'由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应。如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小

2、多普勒效应u观察波源不动,观察者靠近波源:观察者不动，波源运动波源以速度运动，在一个周期T内由S点运动到S’点。这相当于把声源静止时的波长，由于声源的运动而被压缩在S'A之间了,波长变为：S为光源，P为运动物体，Q为观察者所处的位置，若物体P的运动速度为υ，其运动方向如图所示，则从S发出的光频率f,运动物体接收到的频率为f1，它们之间有如下关系：经运动物体P散射后，观察者在Q处观察到的运动物体反射的光频率f2为根据上式，可以设计出多普勒光纤流速、流量测量传感器多普勒光纤流速测量技术设光源频率为f，经半反射镜进入光纤射入到被测流体，当流体以速度

3、υ运动时，根据多普勒效应，其向后散射光的频率为f+Δf或f–Δf（视流向而定）流体光纤截面ff+Df流体向后散射光与光纤端面反射光（参考光）经半反射镜，由检偏器检出相同振动方向的光，探测器检测出端面反射光f与后向散射光f+Δf或f-Δf的差拍的拍频Δf，由此可知流体的流速。光纤截面ff+Df多普勒测速系统检测可以达到的体积或探测深度。通常，当距光纤端面距离超过a／tgq处的散射场，耦合回光纤的功率已经衰减至很难检测的程度。这样。探测媒质的最大穿透深度只有几个光纤芯半径的量级，对于大衰减媒质的穿透深度只有两个纤芯半径。一般，多普勒探测器最大只能实现液

4、体中几毫米处粒子的运动速度测量，只适用于携带粒子的流体或混浊体中悬浮物质的速度测量。速度测量范围mm/s~m/s。光纤多普勒系统的局限性q虚像光纤F´F提高光纤多普勒系统的探测深度的方法dd

5、主要应用于医学、化学等领域。例如，对于人体血气的分析，pH值检测，指示剂溶液浓度的化学分析，磷光和荧光现象分析，黑体辐射分析等。光纤波长调制传感器应用主要的pH值测定方法有：酸碱指示剂法、pH试纸法、pH计测量法等。光纤pH值传感器是一种pH计，是利用化学指示剂对被测溶液的颜色反应来测量溶液的pH值。1、光纤pH测量技术由于指示剂的透明度在红色光谱区域对pH值非常敏感，在绿色区域却与pH值无关。所以，当白光由光纤导入浸泡在被测溶液中的pH探头后，经过用指示济染色的聚丙酸脂小球的散射，得到反映溶液pH值的光信号。装入直径为5～10mm的聚丙酸脂小球，并用

6、指示剂将小球染色可渗透的薄膜容器透过率受到外界物理量的调制光信号由光纤导出进入旋转的双色滤光器，从而使红光和绿光交替地投射到光电二极管探测器上，通过信号处理系统把这两种颜色(波长)的光强信号的比值测量出来．测量结果直接反映被测溶液的pH值。装入直径为5～10mm的聚丙酸脂小球，并用指示剂将小球染色可渗透的薄膜容器k,c为常数；L为试剂长度,D＝pH—pK，其中pH是酸碱度,pK是酸碱平衡常数。采用不同的化学指示济溶液，即可测量不同pH值范围。当采用红酚时，可测量pH值在7~7.4的范围内，仪器具有0.01的分辨率。当采用溴酚蓝时，可测量pH值在3.0~

7、3.6的范围内.采用双波长工作方式的目的是为了消除测量中多种因素所造成的误差。取绿光(l1=558nm)作为参考光，红光(l2＝630nm)作调制检测光，探测器接收到的绿光与红光强度的吸收比值为R，pH值与R的关系为§5.5结束PrincipleofPolarizationModulation§5.6偏振调制机理光传播方向只沿某一方向振动偏振面偏振光（又称线偏振光或平面偏振光）完全偏振光完全偏振光的表示符号垂直于纸面振动在纸面内振动在任一横截面上的振动轨迹是一条方位不变的直线在传播过程中振动始终保持在一个确定的平面内光传播方向只沿某一方向振动偏振面起偏

8、起偏与检偏起偏：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振