第9章新光电传感器要点分析.ppt

传感与检测技术 第9章??新型光电传感器 光纤旋涡流量传感器是将一根多模光纤垂直地装入管道,当液体或气体流经与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关。测出频率就可知流速。 光纤旋涡流量传感器 当流体运动受到一个垂直于流动方向的非流线体阻碍时，在非流线体的下游两侧产生有规则的旋涡，其旋涡的频率 f 与流体的流速可表示为 式中：v- 流体速度， d- 截面积； S- 常数。 (3) 应用 传感与检测技术 第9章??新型光电传感器 光纤旋涡流量传感器 加速度通过一定质量的物体，在平衡力的反作用下可产生位移、形变、旋转等。 干涉型光纤加速度传感器 光纤加速度传感器 惯性系统，质量块质量M，顺变体质量MC，顺变体是一空心圆柱体，并且M＞MC； 当系统以加速度a 运动的质量块对顺变体施加轴向力F = ma ； F的作用下顺变体产生轴向应变和径向应变， 应变引起光纤长度变化，应变大小为： MC 质量块 顺变体 光纤 a F d 基座 M 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 (3) 应用 干涉型光纤加速度传感器 顺变体径向应变将作用力传递给绕在柱体上的光纤，使光纤的长度发生变化； 光纤的长度变化通过干涉系统测量出光的相位变化，并使光强度变化。 S D D 激光器 分束器1 分束器2 探测器 参考端 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 光纤加速度传感器 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 传感与检测技术 第9章??新型光电传感器 光纤加速度传感器 强度调制型光纤加速度传感器 惯性产生位移后，由位移表现加速度大小。 无加速度时光斑位于光纤之间，光强相同，处于平衡位置； 有加速度时，由两输出光纤的光强大小可得到加速度的大小和方向。 1输入 2输出 3输出 输入、输出、聚焦光纤 梁 质量块 反光镜 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 (3) 应用 埋入式光纤传感器 机械敏感材料和结构是光纤传感器的典型应用，在机敏材料和结构中，是将光纤埋入复合材料，用于探测复合材料的内应力、应变以及结构损伤，这已成为一种新型的无损检测技术。 这种技术越来越多的应用于航空、航天、飞行器的在线动态监测，机器人的神经网络系统，建筑、桥梁、高速公路的灾害检测和报警等。 如：桥梁、水坝、核电站这类可靠性要求很高的混凝土建筑结构，内部状态参数直接反映内部应力、应变变化，内部裂缝的发生与发展情况。 如果在混凝土构件内埋设光纤传感器，在应力、应变、内部裂缝导致传感器机械特性变化时，使光强输出变化，就可监测结构的变化。 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 (3) 应用 干涉型埋入式光纤传感器 参考臂不受应力作用，测量臂置于主体材料内部。 耦合端面引入光源并接收出射光，光纤的另一端面镀有反射层，将光源的光信号反射回去。 测量臂比参考臂长L，相同段，物理作用相同没有相差变化，测量臂长出的L段（标距段）光束往返2L距离，该段的应变将引起测量臂和参考臂之间的相位差变化。 埋入式光纤传感器有干涉型和偏振型两种 测量臂 参考臂 分路 马赫干涉仪原理 主体材料 测量臂 耦合端面 参考臂 反射层 测量臂 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 偏振型埋入式光纤传感器 光源发出的光分为两路，一路由PIN1接收监测光源的稳定性；另一路由准直透镜、起偏器P1产生平行偏振光，透镜Q1将偏振光聚焦耦合至光纤； 偏振光在光纤中传输，从另一端面出射光经透镜Q2，检偏器P2光将被调制后的光源信号送光敏器件转换成电信号；如果主体材料无应力作用，光纤中传输的光保持原有偏振方向； 调节P2可使光强达到最大值；应力作用时偏振模式发生分裂，射出的偏振方向与初始方向偏转了一个角度θ，使输出光功率（光强）发生变化： 主体材料 检偏P2 S PIN2 PIN1 光功率检测 起偏P1 Q1 Q2 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 偏振型结构简单、埋置方便 主体材料 检偏P2 S PIN2 PIN1 光功率检测 起偏P1 Q1 Q2 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 (3) 应用 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 (3) 应用 目前最好的地震监测方法 传感器的安装 钢筋混凝土是当今世界最流行的建筑材料，混凝土主要成分是砂石、水泥，如果要将光纤置入混凝土，无论从哪个方向引线都会有碎石阻拦，此外各种机械运动（灌浆、捣实）可能引起机械破坏，因此要采用正确方法。 ⑴ 将光纤放在金属管内埋入混凝土，再将金属管抽出； ⑵ 将光纤埋在小型预置构件中再将构件作为大型构件的一部分。 第9章??新型光电传感器 传感与检测技术 (3) 应用 习题与思