7_4光纤传感器20101115.ppt

用玻璃、石英、塑料等光透射率高的电介质制作的极细纤维 近红外线至可见光范围内传输损耗极小 ——理想的传输线路 实用的光纤为减少色散，传光中心部分(纤芯)之外覆盖一层折射率比它稍低的介质(包层) 另有由中心开始、折射率分布在径向、按平方规律减小的结构 被测光在光纤断面的入射角小于临界角时 在界面上产生全反射，并沿光纤轴向传播 具有损耗极低的传输特点 利用光纤的低损耗传输功能 ——传输型光纤传感元件 利用光纤本身特性受被测参数影响发生变化而使通过光纤的光波某些参数(如强度、相位、偏振面或频率)的变化作成的传感元件 ——传感型光纤元件 利用光纤制造的传感元件主要分为两类 1.反射式 光源所发出的光沿光纤传输 在传感元件上有一反射面将此光束反射至接收光纤 再将之传输至接收器后加以处理 由显示器读出读数 工作时传感元件的反射表面角度随被测参数变化 使接收光纤所接受的光通量改变 显示器显示出光通量的变化 ——反映出被测参数的变化 可做成反映位移变化或可转化成位移变化参数的传感器 2.吸收式 光源发射的光经敏感元件二次反射后由接收光纤送到接收器 处理后作显示 工作时敏感元件材料对光的吸收率随被测参数变化，而使显示值发生变化 光纤温度传感器用半导体砷化钾作敏感元件 ——光吸收率随温度而变化 3.调制式 两束光均送入接收器，经比较后，显示器显示出其差异值 工作时参考光纤不发生任何变化 敏感光纤受被测参数作用而产生传输特性的变化 ——使通过的光波参数(如光强、相位、偏振面、频率等)发生变化 变化的光波与未变化的参考光波比较 ——显示被测参量的数值 可以制成测量压力、水声、振动、温度以至大电流测量的传感器 光源发出的光经半透半反分光镜分光 一束由参考光纤传输 另一束由敏感光纤传输 光纤传感元件是一种很有发展前途的新技术 目前实用化的光纤传感元件为数尚少 研究中的项目却数量甚多 如：传感温度、压力、振动、音响、射线、电、磁、电磁波以及光学等许多物理量的光纤传感器 The End * —传感器与检测技术— —传感器与检测技术— —传感器与检测技术— —传感器与检测技术— —传感器与检测技术— * —传感器与检测技术— * —传感器与检测技术— 第7章 光电式传感器 * 本章内容 光电编码器 光电效应和光电器件 7.1 7.2 电荷耦合器件（CCD） 7.3 光纤传感器 7.4 光栅传感器 7.5 * 7.4 光电效应和光电器件 7.4 光纤传感器 优点：高精度、高灵敏度、易于实现长距离低损耗传输、易弯曲、体积小、防水、耗电小、抗电磁干扰等优点 一种把光纤技术与光电技术相结合的新型传感器。 * 7.4.1 光纤传感器工作原理 图7.4.1 光纤结构 光纤的结构 1．光纤及其传光原理 * 光的全反射实验 * * 光的反射、折射 当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。 * * 光的全反射 当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角θc。当入射角小于θc时，入射光线将发生全反射。 * * 光在光纤中的全反射 图7.4.2 光纤导光原理 * * 2．光纤传感器的工作原理 纤传感器同样是将被测量（温度、压力、电场、磁场等）转换成光的某些参数（光强、相位、波长等）的变化来进行测量的传感器，其基本原理是将光从光源经过光纤传到光调制器（敏感元件），在光被调制后，再经过光纤卷入光探测器，最后经信号处理获得被测量量 图7.4.3 光纤传感器组成 7.4.2 光纤传感器分类 * 功能型 非功能型 7.4.2 光纤传感器分类 按照被调制的参数分类，光纤传感器可分为强度调制型、相位调制型、频率调制型、波长调制型和偏振态调制型五种类型。 按光纤传感器的检测对象来分可以分为光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤振动传感器、光纤流速传感器、光纤陀螺等。 * 7.4.3 光纤传感器的应用 1．光纤位移传感器 2．光纤温度传感器 3．光纤加速度传感器 * 1．光纤位移传感器 透射式偏移传感器 * 将两根同样芯径的光纤端面靠近并装配到一起，光从一根光纤输出通过空隙进入另一根光纤。如果两根光纤的中心轴为同轴，光在连接处的损失很小，但当两根光纤产生错位时，其损耗就增加。光纤输出的光通量变化反应了光轴的错开距离. 反射式位移检测