第五章光纤传感器课件.pptVIP

光纤传感器技术 光纤传感器概述 光纤传感技术 定义:以光波为信息载体,以光纤为传输媒质或者以光纤为信息敏感器件的同时又作为信息传输介质。 发展方向： 1)?????? 特殊光纤研制。 2)?????? 提高元器件的性能和稳定性，逐步达到商品化。 3)?????? 多点检测、遥测、分布式光纤传感器系统。 4)?????? 新型原理的光纤传感器。 光纤传感器技术的特点 光纤传感器较传统的传感器相比有许多持点： 灵敏度高 频带宽，测量动态范围大 抗电磁干扰，耐高压，耐腐蚀，必威体育官网网址性好，在易燃易爆环境下安全可靠 质轻体小，可挠曲，几何形状具有多方面的适应性 可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制 由光纤传感器组成的光纤传感器系统，便于与计算机相连接，响应快，能实时在线测量和自动控制 光纤传感器的分类 1 按传感的原理来分： 功能型光纤传感器 非功能型光纤传感器 2 按光纤中光波调制原理来分： 强度调制，频率调制，波长调制，相位调制和偏振调制光纤传感器。 3 按测量对象来分： 位移、压力、温度、流量、速度、加速度、振动、应变、电压、电流、磁场、化学量、生物量等光纤传感器。 功能型光纤传感器 利用光纤本身的某种敏感特性或功能制作的传感器称为功能型传感器： “传”和“感”合为一体，光纤不仅传输光波，而且感知被测参数的变化。光纤本身就是传感头。 非功能型光纤传感器 光纤仅起传输光波的作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器，称为传光型传感器，即非功能型光纤传感器。 它又分为两种。 —种是将敏感元件置于入射与接收光纤中间，在被测对象的作用下，或使敏感元件遮断光路，或使敏感元件的光透射率发生变化，这样，光探测器所探测光量便成为被测对象调制后的信号； 另一种是在光纤一端设置“敏感元件+发光元件”的组合部件，敏感元件感受被测对象的作用并将其转换为电信号后作用于发光元件，而发光元件的发光强度作为测量所得的信息。 光纤传感系统的基本构成 光纤传感器系统包括光源，光纤，传感头，光探测器和信号处理电路等。 光纤传感器的光源的要求 由于光纤传感器中光纤细而长，若使光波能在其中正常传播，并满足测量要求，则对光源的结构与性能有一定要求： (1)由于光纤传感器结构所限，要求光源的体积小，便于与光纤耦合； (2)光源要有足够的亮度，以提高传感器输出的光功率； (3)光源发出的光波长应适合，以减少光波在光纤中传闭时的能量损耗； (4)光源工作时稳定性好、噪声小，能在室温下连续长期工作； (5)光源要便于维护，使用方便。 光纤传感器用光探测器的要求 (1)线性好，按比例地将光信号转换为电信号； (2)灵敏度高，能敏感微小的输入光信号，并输出较大的电信号； (3)响应频带宽、响应运度快，动态特性好； (4)性能稳定，噪声小等。 光调制技术 按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制和波长调制等。 强度调制光纤传感器 光强度调制型：用被测对象引起光纤中光强度的变化实现对被测对象的检测。 分为内调制型和外调制型两种 外调制型：光纤仅起传光作用，光纤本身特性不改变，调制过程发生在光纤以外的环节。属于传光型传感器。 内调制型：调制过程发生在光纤内部，是通过光纤本身特性的改变来实现光强度的调制，属于功能型光纤传感器。有两种途径： 1)?????? 改变光纤的几何形状，从而改变光线的传播入射角。 2)?????? 改变光纤纤芯或包层的折射率。如采用电光材料、磁光材料、光弹性材料，微弯效应等。 强度调制的原理 1 由光的传播方向改变引起的强度调制 2 由透射率的改变引起的强度调制 3 由光纤中光的模式的改变引起的强度调制 4 由折射率改变引起的强度调制 5 由光吸收系数的改变引起的强度调制 a.利用光纤的吸收特性引起的强度调制 b.利用半导体的吸收特性进行强度调制 光的传播方向改变引起的强度调制 Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(1) Intensity Sensors(1) Multimode Grating Sensors(2) Based on Relative Movement of Opposed Gratings Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(3) Intensity sensors(3): Microbend Sensors The sensed parameter (strain, pressure, force, position, acceleration can be mechanical