光纤传感器ppt课件_6.ppt

8.4.1 光纤温度传感器 图(b)所示的是双光纤参考基准通道法半导体 吸收式光纤温度传感器的结构框图。 光源为GaAlAs发光二极管，测温介质为CdTe 半导体材料。测量光纤和参考光纤传输来自同一光 源的光，不同的是测量光纤上多了敏感材料，其余 条件相同。 由于采用了参考光纤和除法器，消除了一定程 度的外界干扰，提高了测量精度。这种温度计测温 范围在40℃~120℃之间，精度为±1℃。 8.4.1 光纤温度传感器 2．干涉型光纤温度传感器 温度的变化能引起光纤中传输的光的相位变 化，通过光纤干涉仪来检测相位变化即可测得温 度。 图示是利用马赫-泽德干涉仪测温的原理图。 由激光器发出的光通过扩束和分束后分成两束 光。一束光进入光纤信号臂，放在被检测的温度场 内，其长度和折射率随被测温度而变化。另一束光 进入参考臂。 这两束光相干涉，产生干涉条纹。信号臂的相 位变化为 8.4.1 光纤温度传感器 式中 l——光源波长； n——纤芯折射率； L——随温度变化的光纤长度。 例8.1 若已知光源波长l = 0.6328mm，对n = 1.456的单模石英玻璃光纤，有 试计算在1m的光纤上，温度每变化1℃时， 将有几根条纹移动。 8.4.1 光纤温度传感器 3.基于膨胀法的新型光纤测温仪 传感器主要由三部分组成：光源、传感部分、 接收部分。 接收部分由光电转换器、单板机、计算机等构 成，从而实现不间断的实时显示。传感部分是光纤 测温仪的核心部分，由陶瓷管、光纤探头和工作物 质(材料为聚四氟乙烯)组成，如图所示。 光纤探头固定在陶瓷管上，工作物质设计成凹 槽型，将其外部及底部粘合在陶瓷管上，从而将工 作物质固定且不影响陶瓷管内工作物质热胀冷缩时 长度的变化。 图8.13 (a)半导体材料光吸收和温度的关系曲线 (b)半导体吸收式温度传感器结构框图 图8.14 基于膨胀法的新型光纤测温仪 8.4.2 光纤位移传感器 1.反射强度调制型位移传感器 这种传感器是通过改变反射面与光纤端面之间 的距离来调制反射光的强度，其原理如图所示。 Y形光纤束由几百根至几千根直径为几十mm的 阶跃型多模光纤集束而成。它被分成纤维数目大致 相等，长度相同的两束：发送光纤束和接收光纤 束。 8.4.2 光纤位移传感器 发送光纤束的一端与光源耦合，并将光源射 入其纤芯的光传输到被测物表面（反射面）上。 接收光纤束一端接收反射光，另一端将接收 的反射光照在光电探测器上。 发送光纤束和接收光纤束在汇集处端面的分 布有好几种，如随机分布、对半分布、同轴分布 (分为接收光纤在外层和接收光纤在内层两类)， 如图(a)所示。 8.4.2 光纤位移传感器 不同的分布方式，反射光强与位移的特性曲 线也不相同，如图(b)所示。 从此图(b)可以看出，随机分布时传感器的灵 敏度和线性都较好。 从它的特性曲线还可以看出AB段的灵敏度和 线性好，但测量位移的范围小，CD段的斜率小即 灵敏度低，但线性范围宽。 8.4.2 光纤位移传感器 由曲线可知，随位移增加光强增加，反之则光强 减少，故由此可确定位移方向。 光纤位移传感器一般用来测量小位移。最小能检 测零点几mm的位移量。这种传感器已在镀层的不平 度、零件的椭圆度、锥度、偏斜度等测量中得到应 用，它还可以用来测量微弱的振动，而且是非接触测 量。 假设传感器选择在AB段工作，偏置工作点在 M，被测物体的反射面与光纤端面之间的初始距离是 M点所对应的距离XM。 8.4.2 光纤位移传感器 2.干涉型光纤位移传感器 干涉型光纤位移传感器和反射光强调制型位 移传感器相比，测量范围大，测量精度高。 测量位移的迈克尔逊干涉仪如图所示。由氦 氖激光器发出的光束，通过分束器分为两路，一 路经扩束镜进入可移动的四面体棱镜，反射后再 经平面镜反射作为物光照在全息干板上。 另一路进入光纤参考臂作为参考光束照在全 息干板上。 8.4.2 光纤位移传感器 物光和参考光干涉，在全息干板上形成干涉 条纹。 如因被测物体位移变化引起四面体棱镜移 动时，由于光程差变化而使干涉条纹移动，从干 涉条纹的移动量可以确定位移的大小。 图8.15 图8.16 (a)光纤分布方式 (b) 反射光强与位移的