光电传感与检测第六章论述.pptVIP

* * 光纤传感与检测技术 1、应用 测量多种物理量: 声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等 。 优异的性能: 抗电磁干扰，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能: 耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等。 传感灵敏度高: 特殊环境下可以与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统。 军用光纤传感器 : 光纤陀螺,光纤水听器，光纤加速度传感器，光纤压力传感器 2、光纤结构 3 、 光纤的特点 1)光纤有良好的传光性能，它对光波的损耗目前可低到0.2dB/km，甚至更低； 2)频带宽，信息量大 3)光在光纤中传输时，光的特性如振幅、相位、偏振态等将随检测对象发生变化而相应变化 4)光纤电绝缘性能好，它不受电磁干扰 5)光纤极细，可塑性好。光纤的总直径为100~200?m，可放置在在小孔和缝隙等被测场点 4、光纤分类 纤芯折射率分布的不同，阶跃折射率型光纤和梯度折射率型光纤 . 光纤传输特性的不同，光纤又分为单模光纤和多模光纤。 单模光纤采用固体激光器做光源，纤芯较细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高。 多模光纤采用发光二极管做光源。芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较低。 光纤传感器构成框图 5 、光纤传感器的分类 （1） 按光纤在传感器中所起的作用: 功能型光纤传感器（FF）和非功能型光纤传感器（NF） （2）按测量对象：光纤温度传感器、光纤压力传感器、光纤流量传感器、光纤电流传感器、光纤磁场传感器、光纤应变传感器、光纤位移传感器等 （3）按被调制的光波参数：强度调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器、波长调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器和时分调制型光纤传感器等 强度调制光纤传感器 ①改变光纤的几何形状，从而改变光线的传播入射角； ②改变光纤纤芯或者包层的折射率。 导致接收光纤中的光强度变化来实现敏感测量。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测。 光纤微弯压力传感器原理 相位调制光纤传感器 将光波相位上的变化转换为干涉条纹强度上的变化，从而实现光电检测。 迈克尔逊干涉仪 (b) 马赫-琴特干涉仪 (c) 塞格纳克干涉仪 (d) 法布里-珀罗干涉仪 共同点：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又组合在一起，产生干涉现象。 时分调制光纤传感器 时分调制型光纤传感器也称为分布式光纤传感器。分布式光纤传感系统是将传感光纤沿场排布，对沿光纤传输路径上场的空间分布和随时间变化的信息进行测量和监控。 特征为： ①分布式光纤传感系统中的传感元件仅为光纤 ②一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布图，将光纤架设成光栅状，就可测定被测量的二维和三维分布情况 偏振调制光纤传感器 Bragg光纤光栅技术 Bragg光纤光栅 通过激光照射，光纤的折射率随光强的空间分布发生相应变化，使其内部折射率呈周期性分布，形成的空间相位光栅，经处理后可长期保存. 其实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。 检测的物理量: 温度、应变、位移、压强、扭角、加速度、电流、电压、磁场、频率及浓度等。 光纤压力传感系统设计 光纤微弯液位传感器结构示意图 光纤微弯液位传感系统结构框图 LED光谱特性 电流放大型变化电路 LED光谱较宽(约40nm)，但色散度大，且它发射的光是非相干光，只能与多模光纤耦合。 发射电路