传感器与检测技术的理论基础_.pptVIP

光纤模式是指光波沿光纤传播的途径和方式，不同入射角度光线在界面上反射的次数不同，光波之间的干涉产生的强度分布也不同。可分为单模和多模。 8.3 光纤传感器2.光纤的性能（几个重要参数） ②光纤模式 模式值越大，允许传播的模式值越多。在信息传播中，若同一光信号采用多种模式会使光信号分不同时间到达多个信号，导致合成信号畸变。 模式值V小，即纤芯直径小，只能传播一种模式，称单模光纤。单模光纤性能最好，畸变小、容量大、线性好、灵敏度高，但制造、连接困难。 除单模光纤外，还有多模光纤，单模和多模光纤是当前光纤通讯技术最常用的普通光纤。 光纤在传播时，由于材料的吸收、散射和弯曲处的辐射损耗影响，不可避免的要有损耗。损耗主要来源于材料吸收损耗、散射损耗、和光波弯曲损耗。 在一根率减率为10dB/Km的光纤中，表示当光纤传输1Km后，光强下降到入射时的1/10。 8.3 光纤传感器2.光纤的性能（几个重要参数）  ③传播损耗（A） 这类传感器利用光纤 本身对外界被测对象具有 敏感能力和检测功能，光 纤不仅起到传光作用，而 且在被测对象作用下，如 光强、相位、偏振态等光 学特性得到调制，调制后 的信号携带了被测信息。 8.3 光纤传感器3.光纤传感器工作原理及组成 ①功能型传感型能型 FF （Function Fibre Optil Sensor） 又称传感型 NFF（Non-Function Fibre Optil Sensor） 称传光型 传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的媒介， 待测对象的调制功能是由 其它光电转换元件实现的。 8.3 光纤传感器 3. 光纤传感器 ②非功能型 敏感元件是一个半导体光吸收器，光纤用来传输信 号。当光源的光强度经光纤达到半导体薄片时，透过薄片的光强受温度的调制温度T升高，材料吸收光波长向长波移动，半导体薄片透过的光强度变化。 8.3 光纤传感器3. 光纤传感器 光纤温度传感器  8.3 光纤传感器 3. 光纤传感器 光纤加速度传感器 本章要点： 光电效应； 光电器件与应用方法； 电荷耦合器件（CCD）工作原理, 典型器件应用； 光纤传感器传光与传感原理； 补充霍尔传感器的使用 根据霍尔电势的公式： UH=KHIB，可知霍尔传感器即可以测量磁场的变化，又可以测量电信号的变化。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好。 可以进行无损探伤、位移、速度、压力、加速度、振动、电流、电压、功率等。按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。 霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低 到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强；无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。 霍尔传感器的使用 霍尔开关电路 霍尔电流传感器的结构如图所示。用一环形导磁材料作成磁芯，套在被测电流流过的导线上，将导线中电流感生的磁场聚集起来，在磁芯上开一气隙，内置一个霍尔线性器件，器件通电后，便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流。图中前一个所示的传感器用于测量电流强度较小的电流，图中后一个所示的传感器用于检测较大的电流。 霍尔传感器的使用 霍尔电流（电压）传感器 实际的霍尔电流传感器有两种构成形式，即直接测量式和零磁通式。 霍尔传感器的使用 霍尔电流（电压）传感器 零磁通式：将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，若满足一定条件，则磁芯中的磁通为0。 在霍尔电流传感器的电路中接上恰当的负载电阻器，即可构成霍尔电压传感器。 霍尔电流传感器的特点是可以实现电流的“无电位”检测。即测量电路不必接入被测电路即可实现电流检测，它们靠磁场进行耦合。因此，检测电路的输入、输出电路是完全电隔离的。检测过程中，被测电路的状态不受检测电路的影响，检测电路也不受被检电路的景响。霍尔电流传感器可以检测从直流到100kHz（通过仔细的设计和制作，甚至可以达到MHz级）的各种波形的电流，响应时间可短到