第7章-2光纤传感检测PPT.ppt

在图中，从曲线可以看出，在波长为600 ~ 700 nm的红光区，还氧血红蛋白(Hb)的吸收系数远比氧合血红蛋白(HbO2)的大，但在波长为805 ~ 1000 nm的红外光区，Hb的吸收系数要比HbO2的小。当波长为805 nm时，Hb和HbO2具有相同的吸收系数，称为等吸收点。 当血氧饱和度变化时，血氧饱和度与660 nm和940 nm两个波长的相对光强之间存在较好的线性关系。 纹稳定。当光纤振动时,输出光斑亦发生移动。对于处于光斑中某个固定位置的小型探测器,光斑花纹的移动反映为探测器接收到的输出光强的变化。利用频谱分析,即可测出光纤的振动频率。根据上式或实验标定得到流速值,在管径尺寸已知的情况下，即可计算出流量。 光纤涡街流量计特点：可靠性好,无任何可动部分和联接环节,对被测体流阻小,基本不影响流速。但在流速很小时,光纤振动会消失,因此存在一定的测量下限。 在横贯流体管道的中间装有一根绷紧的多模光纤，当流体流动时,光纤就发生振动,其振动频率近似与流速成正比。由于使用的是多模光纤,故当光源采用相干光源(如激光)时,其输出光斑是模式间干涉的结果。当光纤固定时,输出光斑花 光源 频谱分析记录 探测器 1 2 3 4 5 1 夹具2 密封胶3 液体流管4 光纤5 张力载荷 2、光纤多普勒流速计 下图为利用光纤多普勒计来测量流体流速的原理。当待测流体为气体时，散射光将非常微弱，此时可采用大功率的Ar激光器（出射光功率为2W，λ=514.5nm）以提高信噪比。 特点：非接触测量，不影响待测物体的流动状态。 光纤多谱勒流量计结构 探测器 频谱 分析仪 He-Ne激光器 1 2 3 4 5 6 7 8 1、3—— 分束器； 2 ——反射镜； 4—— 透镜； 5 ——流体管道； 6 ——窗口； 7、8 ——光纤 二、 光纤式光电开关 反射型 遮断型 反射镜反射型 标志孔 1、电路板标志检测 当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。 光纤 耦合器 传输光纤 出射光纤 光纤式光电开关应用 2、采用遮断型光纤光电开关对IC 芯片引脚进行检测 3、遮断型光纤光电开关 出射光纤 接收光纤 三、光纤传感器在医学上的应用 目前，比较典型的光纤医用传感器有如下几种：光纤血流计、光纤 pH 值传感器、光纤体压计、光纤体温计、光纤氧饱和度传感器等。 1、光纤血流计 光纤血流计的工作原理是应用多普勒频移原理，基本结构如图所示： 光纤血流计及其探头工作原理 氦-氖激光器的线偏振光由分束器分成两束，一束由透镜耦合进心径约150nm 的光纤，光纤的另一端插入注射针头内，注射器以角度 φ插进血管内。激光经光纤到达血液中，被直径约为7 nm 的流动着的红血球散射后，再次返回，光纤的光信号产生的多普勒频移由下式给出： 式中，υ为血流速度；n为血液的折射率，其值为1.33； φ 为光纤轴线与血管轴线间的夹角；λ 为激光波长。 分束器的另一束光用做参考光，将驱动频率f1=40 MHz的布拉格盒移频器，置于参考光路中，用以区别血流方向。移频后的参考光信号频率为 f0-f1（f0是光源的频率）。将新的参考光信号与多普勒频移信号( f0+Δf )进行混频，就得到要探测的光信号。这种方法称为光学外差法。 以雪崩光电二极管探测混频光信号，变换成光电流送进频谱分析仪，可以得到血流速度的多普勒频移谱，如图所示。 多普勒频移谱 图中的符号由血流方向确定 当0°＜φ＜90°时，Δf为正，即出现右移频率； 当90°＜ φ＜180°时，Δf为负，则出现左移频率。频率表示最大频移fcut（或截止频率）。 在实际的血流测量中，所观察到的多普勒信号为宽频信号，如图中实线所示。 由于光纤探头要探入血管，因此注射器的针头形状就很重要，因为它将直接影响血流速度谱。这种注射器具有特制的托座，其结构如图所示. 光纤探头与托座 下图是实验得到的信号多普勒频谱。 实验测得的多普勒频谱图 A, B, C 分别为光纤顶端接近血流表面、在血流中和在血流中接近转盘底表面三种情况的频谱。在频谱的 40 MHz 处产生一个尖峰，此尖峰与速度 0 相对应。 在情况 A 中，因为血流没有受到干扰，多普勒信号显示为相当窄的频率分布；在情况 B 中，频谱很宽，从 40 MHz 到较高的频率，最后降到散粒噪声水平。多普勒变化信号的展宽是由光纤插入血管中所引起的干扰造成的。 在情况 B 中，频率变化 Δf 与情况 A 中频率Δf 乘以 1.33 相一致，而 1.33 恰好为