课件传感器6_9光纤传感器.pptVIP

* * * 反射式光纤位移传感器结构简单、设计灵活、性能稳定、造价低廉、能适应恶劣环境,在实际工作中得到了广泛应用。 结构示意图如图所示。由光源发出的光经发射光纤束传输入射到被测目标表面,目标表面的反射光由与发射光纤束扎在一起的接收光纤束传输至光敏元件。 由于光纤有一定的数值孔径,当光纤探头端部紧贴被测件时,发射光纤中的光不能反射到接收光纤中去,接收光纤中无光信号; 当被测表面逐渐远离光纤探头时,发射光纤照亮被测表面的面积越来越大, 于是相应的发射光锥和接收光锥重合面积B1越来越大,因而接收光纤端面上被照亮的B2区也越来越大,有一个线性增长的输出信号; * * * * * * * * * * * * OFBG－Optical fiber brag grating 光纤布拉格光栅 入射光中光波長与光纤光柵的布拉格波長相同的分量会被光纤光柵反射 * * * * * * * * * 美国海军水面战斗中心Naval Surface Warfare Center,Carderock Division在登陆平台船坞LPD17上的舰船推进器上完成了光纤传感系统 透光型：应用1：遮光式光强度调制器 光强度－位移变化曲线 a）动光闸式 b）动光纤式 * 应用2：移动光栅光纤传感器 间隙中放置一对光栅,光栅由等宽的全透射和全反射(不透光的)平行线无交替形成的栅格构成。 移动光栅光纤传感器原理图 当这两个光栅发生相对移动时,光的透射强度就随之发生变化。 两根光纤的端面间相隔一微小间隙 * 由左侧输入光纤的光束,经一小段渐变折射率自聚焦透镜准直后,一部分成为通过两个光栅传输的平行(准直)光束,再经第二个自聚焦透镜,把它们聚焦到输出光纤中。 应用3：在水听器方面应用 它的两光栅中有一个安装在外壳的刚性底板上,而另一个光栅则与一块弹性膜片相连。 * 三、光纤光栅传感器——Brag光栅传感器 OFBG－Optical fiber brag grating 光纤光栅：一段光纤，其纤芯具有周期性变化的折射率： 其中： Λ——光纤光栅的周期（栅距）， n ——纤芯的平均折射率 Brag波长：λb=2nΛ 特性：入射光中光波長与光纤光柵的布拉格波長λb相同的分量会被光纤光柵反射 * 光纤光栅特性 * 检测原理 当光纤受到轴伸长时（受应力、温度） 栅距Λ＝ Λ0＋δ λb=2n（ Λ0＋δ ）＝λb0＋λδ 其灵敏度：1.2pm/με 测量反射光的波长 * 检测原理 用一对光耦合器接上波長检测器來量測，可获得布拉格波长的变化 利用光纤光栅布拉格波长随温度、应变变化特性，可进行温度、应变、应力、压力等的变化。 * 应用1：分布式光纤光栅多点测量 * 参数规格 * 应用2：光纤光栅应变传感器 为便于保护，传感器被封装于图示的盒子里，光纤从盒子的两侧的小孔引出。 在图中，铜片上贴有光纤Bragg光栅的平面面向盒内，以便保护光纤光栅和光纤引线；而另一面则背向盒子，以便粘贴于被测物的表面。为防止潮湿对光纤的侵蚀和破坏，盒子内可注入柔性硅胶。 * 应用3：光纤光栅温度传感器 封装基本原理：将光纤Bragg光栅与应变隔绝，使之只能感受到环境温度的变化。 制作方法首先是将光栅用外径为1.2mm、内径为0.8mm的钢管套装；然后用环氧树脂将套管与传输段光纤粘结在一起，使光栅的一端固定，一端自由；最后将套管的另一端密封。 * 设计原理图 1． 1 个固定在拉杆上的FBG 与气室相连。当气室感受到外部压力变化，通过拉杆拉动FBG 产生应力变化， 2． 1 个非受力FBG 作为温度补偿，抵消温度对测压FBG 的影响。 应用4：FBG 液压传感器 * 应用5：舰船推进器光纤传感系统 使用了FBG传感器阵列和Flat-Pack， 21个应变传感器，3个温度传感器， 采样频率2KHz。 * 作业 9-2 试求光纤数值孔径和最大入射角，并解释光纤数值孔径的物理意义。 9-10 简述利用光纤光栅对大型复杂构件进行“健康监测”的原理。 分析反射式光强调制器（图9-6）工作原理。 * * 光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。 * 和传统的各类传感器相比光纤传感器的优点： 基于光学原理：灵敏度高， 集传感与传输于一体，能与数字通信系统兼容等 光传导：不受电磁干扰，高绝缘强度，防爆性好， 光纤材料为硅：可绕曲，耐腐蚀，体积小，重量轻。 光纤传感器能用于温度、压力、应变、位移、速度、加速度、磁