光纤传感器原理及应用.ppt

光纤光栅概述 ~ 500 nm (Bragg grating) ~ 200 μm (Long-period grating) 125 μm 8 μm 1 mm to 1500 mm Singlemode fibre Core Cladding Regions with higher refractive index than that of core’s It works like this resonant wavelengths are reflected back toward the source non-resonant wavelengths are transmitted through the device without loss. The centre wavelength is given by: Typical Reflection Spectra 光纤光栅复用系统 光 源 耦合器 （环行器） 光谱仪 FBG1 FBG2 、、FBGn 1 2 3 1 2 3 FBG压力传感头结构 原理：光纤光栅Bragg波长与压强、应变成线性变化关系 光纤光栅压力传感系统结构 传感头1# 传感头2# 传感头n# 计算机 光谱仪 光 源 传感头3# 耦合器 初始状态 探头1#受力 探头4#受力 各 探 头 受 力 前 后 光 谱 利用上述传感功能，可以建成 新型的预警光缆传感系统 这种预警光缆系统可以用于石油勘探系统、国防边境、众多重要的军事区域、容易产生滑坡和泥石流地区的预警系统、还可用于地震预测。 目前，因特利公司和飞鸿佳信公司正与本实验室商谈预警光缆系统技术转让技术和如何实现产学研相结合的问题。 目前光纤传感器的存在问题 强度型光纤传感器的问题 原理：利用光强的变化测量被测参数 优点：结构简单、工艺成熟、性能可靠、成本低。 缺点：光路调整或光纤与探头材料的连接、耦合困难 相干型光纤传感器的问题 原理：根据被测参量影响后光纤中光相位的变化检测外界参量。 优点：灵敏度高 缺点：检测与信号处理手段复杂，光路复杂，对光器件与光纤的要求严格，成本较高，容易受其他因素的影响。 其它问题 电源电压波动。 工作环境温度变化对传感器性能的影响。 特性参数与被测参数的关系为非线性。 测量的长时间漂移效应。 …… 目前光纤传感器的研究动向 1.实用化 继续深入研究光纤传感器的理论和技术，解决实用化问题，发展新原理的光纤传感器。尤其要解决测量过程的长时间漂移效应。 2.传感器系统 从单一传感器的研究进入到传感器系统的研究，并与微处理机相结合形成光纤遥测系统。 3.提高可靠性和稳定性 降低成本。 特殊光纤：根据实际需要选用新的材料，设计特殊结构的专用光纤。 对基础技术和元器件的稳定性和可靠性进行大量的研究开发工作。 光纤传感器原理及应用 主要内容 概论 光纤传感器原理 光源 光探测器 光信号检测技术 特殊光纤 典型应用 第一讲 概 论 传感器 将待测量对象的状态变换为可处理信号的器件或装置。 可以实现信息检测、转换和传输。 从字面上讲可比做人感知自然界物理现象的器官。 从工程技术上讲，指检测被测物体某种信息的仪器。它是感知、获取、检测和转换信息的窗口，处于研究对象与传输处理系统的接口位置。 传感器是现代科学技术开拓的先锋 在信息时代，人类的认识和活动范围在空间和时间上将向无限、极端和崭新领域拓展。各种关键工程的开发，首先就要有能传感各种强、高、弱、微和边缘效应的传感器，这些特殊领域的突破将给人类科学技术带来不可估量的进展，产生巨大的经济效益。 传感器技术 利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术。 传感器技术是检测原理、材料科学和工艺加工三个要素的最佳结合，在发达国家被列为核心技术之一。 传感技术的提高，在很大程度上有赖于揭示物理现象的研究和材料技术的发展。 光纤传感器(FOS-Fiber Optic Sensor) 以光纤作为功能材料的传感器。 以光学技术为基础，将被敏感的状态以光信号的形式取出。 101 107 102 106 103 105 104 104 105 103 106 102 107 101 108 100 109 10-1 1010 10-2 1011 10-3 1012 10-4