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8.2 光 纤 传 感 器 *8.3 红 外 传 感 器 课间休息 红外测温仪电路比较复杂, 包括前置放大, 选频放大, 温度补偿, 线性化, 发射率( ε)调节等。目前已有一种带单片机的智能红外测温仪, 利用单片机与软件的功能, 大大简化了硬件电路, 提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。 红外测温仪的光学系统可以是透射式, 也可以是反射式。 反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜, 并在镜的表面镀金、 铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。 2. 红外线气体分析仪 红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体的吸收波段(吸收带)不同, 图8 - 35给出了几种气体对红外线的透射光谱, 从图中可以看出, CO气体对波长为4.65μm附近的红外线具有很强的吸收能力, CO2气体则在2.78μm和4.26μm附近以及波长大于13μm的范围,对红外线有较强的吸收能力。如分析CO气体, 则可以利用4.26μm附近的吸收波段进行分析。 图8 - 36是工业用红外线气体分析仪的结构原理图。 它由红外线辐射光源、气室、红外检测器及电路等部分组成 光源由镍铬丝通电加热发出3~10 μm的红外线, 切光片将连续的红外线调制成脉冲状的红外线, 以便于红外线检测器信号的检测。 测量气室中通入被分析气体, 参比气室中封入不吸收红外线的气体(如N2等)。红外检测器是薄膜电容型, 它有两个吸收气室, 充以被测气体, 当它吸收了红外辐射能量后, 气体温度升高, 导致室内压力增大。测量时(如分析CO气体的含量), 两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室。 由于测量气室中含有一定量的CO气体, 该气体对4.65μm的红外线有较强的吸收能力, 而参比气室中气体不吸收红外线, 这样射入红外探测器两个吸收气室的红外线光造成能量差异, 使两吸收室压力不同, 测量边的压力减小, 于是薄膜偏向定片方向, 改变了薄膜电容两电极间的距离, 也就改变了电容C。 如被测气体的浓度愈大, 两束光强的差值也愈大, 则电容的变化也愈大, 因此电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。 图8 - 36所示结构中还设置了滤波气室。它是为了消除干扰气体对测量结果的影响。 所谓干扰气体,是指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体, 如CO气体和CO2气体在4~5μm波段内红外吸收光谱有部分重叠, 则CO2的存在对分析CO气体带来影响, 这种影响称为干扰。为此,在测量边和参比边各设置了一个封有干扰气体的滤波气室, 它能将CO2气体对应的红外线吸收波段的能量全部吸收, 因此左右两边吸收气室的红外线能量之差只与被测气体(如CO)的浓度有关。 一、 概述 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一门新技术, 它是基于光可被外界参数调制而制成的一类传感器。 光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列优点,如不受电磁干扰, 体积小, 重量轻, 可挠曲, 灵敏度高, 耐腐蚀,电绝缘、 防爆性好, 易与微机连接, 便于遥测等。 它能用于温度、 压力、应变、位移、速度、加速度、磁、电、声和PH值等各种物理量的测量, 具有极为广泛的应用前景。 光纤传感器的结构 光纤传感器一般由光源、敏感元件(光纤或非光纤)、光接收器、信号处理系统和光纤组成。如下图所示 敏感 元件 光接 收器 信号 处理系统 光纤 光源 被测 参数 光接 收器 信号 处理系统 光纤 光源 被测 参数 (a) 功能型传感器 (b) 非功能型传感器 2. 光纤传感器的工作原理 其测量原理是基于光可被外界参数调制的原理。即光源发出的光在光纤中的传播过程中,当被测参数(如温度、压力、流量、位移等)发生变化时。经敏感元件可引起光纤内光强度、频率、相位、偏振等发生变化。经光接收器接收并将光信号转换成电信号,最后经信号处理系统检测出这一变化,即可获得被测参数。这就是光纤传感器的测量原理。 3. 光纤传感器的分类 根据光纤在光纤传感器中的作用可分为两大类 光纤传感器可分为两类 功能型(传感型)传感器 见图(a) 非功能型(传光型)传感器 见图(b) 功能型传感器——是利用光纤本身作为敏感元件, 感受被测量变化的一类传感器。此时光纤既是敏感元件又是光信息的传输介质。 非功能型传感器——是利用其它敏感元件感受被测量的变化的一类传感器。此时光纤仅作为光信息的传输介质。 4. 光纤模式 光纤传感器所用光纤有单模光纤和多模光纤之分。 1)单模光纤——单模光纤的纤芯直径较小,通常为2~12μm。
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