光学测量技术与应用第7章.pdf

光学测量技术与应用 ——光纤传感技术 王峰 2013/6/13 光纤传感器的优点 • 电绝缘性能好、抗电磁干扰能力强 • 频带宽，可进行超高速测量 • 传输损耗小 • 能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性测量 • 便于远距离监测 • 体积小，重量轻 • 高灵敏度、线性度好 • 非侵入性 • 便于复用、成网，有利于与现有光通信设备组成遥测网和光 纤传感网络 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 2 光纤传感器的分类 • 功能型：利用光纤本身具有的某种敏感功能而使 光纤起测量的作用，属于功能型，光纤既感知信 息，又传输信息。 • 传输型：光纤只起到传输光的作用，必须在光纤 端面加装其它敏感元件才能构成的传感器。 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 3 光调制与解调技术 • 光的调制和解调可分为：强度、相位、偏振、频率和波长 等方式。 • 光的调制过程就是将一携带信息的信号叠加到载波光波上； 完成这一过程的器件叫做调制器。 • 在光纤传感器中，光的解调过程通常是将载波光携带的信 号转换成光的强度变化，然后由光电探测器进行检测。 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 4 强度调制型光纤传感技术 原理是将被测物理量的变化转换为光强度的变化，通过测量光强度的变 化实现对被测物理量的测量。 微弯调制器原理图 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 5 强度调制型光纤传感技术 位移振动 反射式 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 6 强度调制型光纤传感技术 折射率光强度调制 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 7 相位调制型光纤传感技术 是指被测物理量按照一定的规律使光纤中传播的光波相位发生相应的变 化，相位的变化量即反映被测物理量的变化量。 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 8 相位调制型光纤传感技术 实现相位调制的物理效应 1、应力应变效应 光纤受到纵向（轴向）的机械应力作用时，将产生三个主要的物 理效应，导致光纤中光相位的变化： ① 光纤的长度变化——应变效应 ② 光纤芯的直径变化——泊松效应 ③ 光纤芯的折射率变化——弹光效应 2013/6/13 光学测量技术与应用－光纤传感技术 9 相位调制型光纤传感技术 2.热胀冷