光纤传感技术课件.ppt

第八章 内容提要 ●8.1前言 ●8.2强度调制型光纤传感器 ●8.3相位调制型光纤传感器 ●8.4频率调制型光纤传感器 ●8.5波长调制型光纤传感器 ●8.6偏振态调制 ●8.7特种光纤简介 ●8.8光纤传感器的发展趋势 ●光纤传感器的原理 ●光纤传感器的特点 ●光纤传感器的分类 ●光纤传感器的应用 ★ 光纤传感器的特点 与传统的传感器相比，光纤传感器的主要 特点： ◎抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全 ◎重量轻、体积小、外形可变 ◎对被测介质影响较小,灵敏度高 ◎便于复用，便于成网 ◎测量对象广泛,成本低 ★ 光纤传感器的分类 一般分为两大类： ◎功能性传感器 利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件 又称传感型光纤传感器，采用单模光纤 ◎非功能性传感器 光纤仅作为传光介质，需借助其它敏感元件 又称传光型光纤传感器，常用多模光纤 根据光调制手段的不同，光纤传感器 又可分为： ◎强度调制型 ◎相位调制型 ◎偏振态调制型 ◎频率调制型 ◎波长调制型 ★ 光纤传感器的应用 光纤传感器可以探测的物理量很多，可以探 测位移、压力、温度、流量、速度、加速度、 振动、转动、弯曲、应变、磁场、电压、电流 以及化学量、生物医学量等等，其中有的传感 器已形成商品，可供实际应用。 §8.2 强度调制型光纤传感器 ●原理和实现手段 ●光强度的外调制技术 ●光强度的内调制技术 ●补偿技术 1、原理和实现手段 ◎原理 以被测对象所引起的光强度变化，来 实现被测对象的监测和控制 ◎实现手段 ◇利用发送、接受光纤的相对运动 ◇利用光纤对光波的吸收特性 ◇利用折射率的改变 ◇利用在两相位光纤间的倏逝场耦合 ◇利用光纤微弯效应 ◎反射式光强调制 图2所示， 接受 的光强将随物体 距光纤探头端面 的距离而变化。 通过测出反射强度，可知物距的变 化。 如果反光物体 相当于平面 镜，如图4所 示，反射耦合 到光纤的光能 与光纤输出光 能比为： 如果反射面是由 不同曲率半径的 凸面，实验测得 的返回光强与测 量距离的关系曲 线如图5所示。 图6所示是反射体 表面粗糙度R max 与受光量的关系。 可知，表面粗糙度 大时，受光量小， 但当表面粗糙度小 于1μm时，受光量 基本上不受粗糙度 的影响。 ◎遮光式光强调制 图7a为移动式光纤光调制模型 。 图7b为动光闸式光强度调制器。 实际应用中可采用光纤束结构：光纤的粗细 不同，排列方式也不同，如图3所示。这种传感 器一般均用大数值孔径的粗光纤，以提高光强 的耦合效率。 3、光强度的内调制技术 ——光纤本身特性的发生改变 ◎折射率调制 一般纤芯和包层 具有不同的折射 率温度系数，导 致对温度的响应 不同。 图10是反射系数式 强度型光纤传感器 原理图，其工作原 理是用光纤光强反 射系数的改变(介质 由于压力或温度的 变化 折射率 反 射系数)来实现对透 射光强的调制。 某种特选的膨化材料在潮湿的空气中会发生膨胀 并由于附加了水分子而表现出折射率的减小。利用这 种效应，可以制成简单、快速响应和高灵敏度的光纤 湿度传感器。 该种传感器的感 应主部的包层由 PVA