第七章光纤传感技术应用(一).ppt

第七章 光纤传感器的应用 光纤温度传感器 1、双金属片光纤温度传感器 温度范围：10~50?C 精度:0.5 ?C 响应速度慢 2、利用热色溶液测量温度 3、光纤液晶温度传感 三种液晶材料混合，10~45度变化，颜色由绿向深红色变化，液晶反射率变化 精度：0.1度 多模光纤 介质吸收特性 5、高温光纤传感器 应用：航空工业尾焰温度、内燃机车汽缸温度等 传感器共有内外两层，内层为感温管，其内壁可形成黑体空腔，外层称为保护套管，由于黑体腔所测的是800~1600℃的高温(如钢水温度)，高温介质的辐射性强，冲刷性大，且热震性强，对黑体腔会有很大的损害，所以在其外加一层保护套管，二者构成黑体空腔传感器，中间为空气夹层，传感器一端开口，一端封闭。 测温前，将黑体空腔传感器先进行预热，测量时把封闭的一端插入到待测对象中与被测介质直接接触感知温度，感温管内壁形成黑体空腔，黑体空腔的辐射束由开口端射出被探测器接收。探测器可将接收到的光辐射信号转化为便于处理和显示的电信号，最后得到被测温度值。 光纤接收系统的主要作用是完成黑体腔辐射光信号的收集、准直和耦合。接收探头主要由铝合金风冷套筒、光纤固定装置、耦合透镜组、光纤准直器等组成。由于探头处于高温测量现场，因此要求其具有风冷或水冷系统。 从黑体腔出口经高温光纤直接耦合进入低温光纤，最后射入光电二极管，响应范围０.4到1.1微米,n1，n2分别表示高温光纤与低温光纤与检测器之间功率耦合效率，用Ｓ，Ｌ，α分别表示高温光纤截面积，长度，损耗系数，则光电管接收光功率为 光纤辐射温度计主要优点是非接触测量，可用于瞬时高温测量，且响应快。光纤辐射温度计在冶金、窑炉、高频淬火、涡轮发电机、电站、油库等方面得到广泛的应用。 GW光纤高温计与铂铑热电偶在线记录曲线 (1)余辉积分亮度法 (2)荧光强度法： 　 9、M-Z干涉仪光纤温度传感 由于光纤中光的传播是沿横向偏振，仅考虑径向折射率变化光纤的温度灵敏度 10、喇曼分布式光纤温度传感器 　 喇曼散射与温度关系可构成分布式温度传感器 后向反斯托克斯和斯托克斯带的峰值强度之比表示为 光纤机械量传感器 光纤位移传感器 1.反射式位移传感器 2.基于全反射原理的光纤位移力或声压传感器  3.微弯损耗位移 最佳微扰周期 微弯曲光纤水声传感器 微弯测量结构畸变的光纤传感器 该传感器是利用光纤微弯原理来测量大型机械结构局部弯曲的。 光纤压力传感器 光纤压力传感器是基于全内反射条件被破坏的原理 棱镜式全内反射光纤压力传感器 在膜片周边固定的条件下，膜片的最低固有频率f0 为 式中，t 为膜片的厚度；a 为膜片有效半径；g 为重力加速度；d 为膜片材料密度；P 为外施压力；μ为泊松比。 由公式可知，膜片的固有频率与材料有关，且与膜片有效半径的平方成反比，与膜片的厚度成正比。 光弹效应压力传感 粗糙度表示方式 表面精糙度，是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征。零件图上要标注表面粗糙度代(符）号，用以说明该表面完工后须达到的表面特性。表面粗糙度高度参数有3种： 　　1．轮廓算术平均偏差Ra  　　在取样长度内，沿测量方向(Y方向）的轮廓线上的点与基准线之间距离绝对值的算术平均值。Ra= 1/n ∑｜Yi｜。式中，Y为轮廓线上的点到基准线(中线）之间的距离；ι为取样长度. 　　2．微观不平度十点高度Rz  　　指在取样长度内5个最大轮廓峰高的平均值和5个最大轮廓谷深的平均值之和。  　　3．轮廓最大高度Ry  　　在取样长度内，轮廓最高峰顶线和最低谷底线之间的距离。  　　目前，一般机械制造工业中主要选用Ra。 排列型传感器灵敏度比同心圆型高，但线性范围较小。 Ｆ－Ｐ腔位移传感 F-P结构光纤应变传感器 高稳定He-Ne激光器射出单频光束，通过光隔离器、小型10倍透镜、高隔离度( ＞60 dB )的单模光纤耦合器后输出两束光，其中一束光进入折射率匹配液中被吸收掉，不再返回系统，另一束光由传导光纤射入光纤 F-P 腔。 当入射光传至反射镜 M1 时，一部分光被反射形成参考光，另一部分光透过反射面进入 F-P 腔，至反射镜 M2 又有一部分光被反射形成信号光。 由于参考