塑料光纤传感器_附件.ppt

(2) 缺点 塑料光纤的缺点主要是衰减大、频带窄、耐热性差，为此各国研究人员仍在通过不懈的努力，不断改善塑料光纤这些方面的不足，特别是把降低衰减、提高带宽、提高耐热性及机械性能等作为研究的重点。 据报道，若用一种非晶聚四氟乙烯做纤芯和包层，则可使塑料光纤用于285℃的环境。由于塑料材料的杨氏模量比石英光纤小两个数量级，因此其弯曲、拉伸性能要远远优于石英光纤。另外，尽管塑料光纤的传输性能与机械性能有密切的关系，但如果塑料光纤在纵方向被拉长10％，它的衰减增大程度小于0.1 dB／km。因此，塑料光纤有较好的延展性能，弯曲半径也比较小，非常适合用于楼宇LAN(Local Area Network，通常为较小区域的网络)内光纤到户的安装。 三 塑料光纤传感器 光纤传感器是依靠光在光纤中传输时受到被测对象的影响使光的强度、波长、相位、偏振或频率等参数发生改变，通过检测接收光的各个参数来对被测量进行检测或控制的一种传感器。 具有光纤及光学测量的特点： ①电绝缘性能好； ②抗电磁干扰能力强； ③非侵入性； ④高灵敏度； ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。 塑料光纤适应狭小空间检测，它具有高柔韧性，易弯曲，可以用在需要缠绕或往复运动的场所。塑料光纤的价格比较便宜，可进行现场截段；与石英光纤相比，塑料光纤对温度的剧烈变化、化学药品及溶液的影响比较敏感。 1 塑料光纤传感器概述 塑料光纤传感器作为一种新兴的光纤传感器，除了具有光纤传感器的普遍优点外，由于塑料光纤自身的特性，相比较石英光纤传感器，还具有以下优点： ①聚合物光纤芯径大，一般可达0.5～1.0 mm；数 值孔径大，NA为0.3～0.5；与光源和接收器件 的耦合效率高；端面处理简易、连接简便，可以使 用廉价的注塑连接器，系统成本低。 ②聚合物材料的多样性，容易修饰和掺杂有机材料。 （选材广泛） ③与许多聚合物材料包括生物生物材料兼容，用于活体传 感安全性好。 ④材料的温度和力学敏感性高，抗断裂强度高和柔韧性 好，可应用于弯曲场合或粗糙环境。 塑料光纤传感器包括温度传感器，压力、位移传感器，气体、液体浓度传感器，生物传感器等，其中的许多传感器在环境污染监测中有着良好的应用前景。 目前国外一些大的传感器生产企业如基恩斯、邦纳、OMRON、SUNX等公司和中国台湾RIKO、WDOE公司都推出了塑料光纤传感器，使用各种塑料光纤来达到他们的目的。例如邦纳公司使用的塑料光纤是经过Teflon封装的塑料光纤，可用于高温、腐蚀性等恶劣的工业环境，如半导体晶片加工、食品加工和商业洗涤等。高温型可在环境温度为-30℃~125℃范围内使用。 2 塑料光纤传感器及其应用 （1）辐射探测 最近日本帝人化成有限公司宣布成功发明了一种塑料光纤，当这种塑料光纤暴露在放射环境下会发出蓝光，未来将带来成本更低的辐射探测器。也可用于医用装置。 （2）生物医学和化学传感 塑料光纤用于生物医学和化学传感有两大优越性。一是它与被测媒质有良好的相容性，二是光纤材料有广泛选择性，即容易找到适合的折射率和具有特定功能的塑料光纤材料。 用于生物医学和化学传感的主要效应有：消逝场效应，吸收效应和色度效应。 ① 利用消逝场效应构成用于测定水处理液污染程度的光纤 传感器。 ② 利用吸收效应构成探测表面活性剂溶液中的临界生物胶 团浓度的传感器。 ③ 利用色度效应构成检查食道癌的传感器。 （3）工程结构安全与材料断裂监测 ① 工程结构安全监测 塑料光纤传感器可用于工程结构安全监测、复合材料的结构特性（如强度和硬度）变化监测等，经济实用，多为强度调制型，也可以通过监测结构的共振频率、模式、阻抗等来获得结构的退化或损坏信息。 ② 材料断裂分析与测试 塑料光纤用于土木结构损坏和断裂监测时，其拉伸和抗碱方面优于石英光纤，有较好的动态范围和化学稳定性。 ③ 冲击损伤检测 塑料光纤传感器可用于检测碳纤维增强复合材料结构中的冲击损伤。测量在不同冲击能量下，碳纤维增强环氧树脂悬臂梁的动态响应。 （4）环境监测 在工农业、生物和医学应用中，环境因素诸如湿度、露点、PH值、特种气体（氧气、二氧化碳、一氧化碳、煤气、甲烷等）的精确监测、控制非常重要，塑料光纤传感器在这些方面很有用途。 ① 湿度传感器