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光纤光学 光纤传感技术 2 传 感 器：sensor 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。 人的五种感觉器官：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉。 3 传 感 器：sensor 4 传 感 器：sensor 是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。（信息获取、转译和传导） 5 传 感 器：sensor 6 传 感 器：sensor 7 光纤传感技术： Optical Fiber Sensor 8 光纤传感技术： Optical Fiber Sensor （1）传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。（传和行） （2）功能型——利用光纤本身的某种敏感特性。（感和知） 9 光纤传感技术： Optical Fiber Sensor 光纤传感的原理是在外界因素（如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及生物化学量的影响）直接或间接地作用于光导纤维上时，可以导致光纤本身的传导光性能的改变，从而使得光纤内部传导的光波的特征参量（如振幅、波长、相位、偏振态和模式分布等）发生变化。信号可以通过光纤以透射或者反射的形式输出并进行解调。 10 光纤传感技术的优势 1、石英材料，抗电磁、绝缘、耐腐蚀、本质安全 2、灵敏度高 3、体积小巧，灵活弯曲，成本低 4、应用广泛，测量参数多 5、对被测物体影响小，化学性质稳定、兼容性强 6、光波作为传感信号，易于实时动态监测 7、可以实现波长编码，绝对值传感 8、易于组网，可分布式 11 光纤传感器的市场预测 12 安全监测——桥梁 13 安全监测——大型建筑 14 安全监测——输油管道 15 安全监测——航空航天 16 光纤传感器的应用 17 光纤传感器的应用 18 根据光调制手段的不同，光纤传感器又可分为： ◎强度调制型 Intensity ◎相位调制型 Phase ◎偏振态调制型 Polarization ◎频率调制型 Frequency ◎波长调制型 Wavelength 光纤传感器的应用 19 强度调制型光纤传感器 原理和实现手段 ◎原理 以被测对象所引起的光纤性质的改变从而引发光强度变化，来实现被测对象的监测和控制 ◎实现手段 ◇利用发送、接受光纤的相对运动 ◇利用光纤对光波的吸收特性 ◇利用折射率的改变 ◇利用在两相位光纤间的倏逝场耦合 ◇利用光纤微弯效应 20 ◎折射率调制 一般纤芯和包层 具有不同的折射 率温度系数，导 致对温度的响应 不同。 强度调制型光纤传感器 21 ◎反射系数式 强度型光纤传感器 原理图，其工作原 理是用光纤光强反 射系数的改变(介质 由于压力或温度的 变化 折射率 反 射系数)来实现对透 射光强的调制。 强度调制型光纤传感器 22 强度调制型光纤传感器 某种特选的膨化材料在潮湿的空气中会发生膨胀 并由于附加了水分子而表现出折射率的减小。利用这 种效应，可以制成简单、快速响应和高灵敏度的光纤 湿度传感器。 该种传感器的感 应主部的包层由 PVA, Starch, PVDF三种材料 以3:3:2制成。 23 强度调制型光纤传感器 湿度传感器 24 ◎倏逝波耦合调制 d,L或n稍变化，光探测器的接受光强就有明显的变化。据此，可制成水听器。 强度调制型光纤传感器 25 透射式光纤受抑全内反射传感器， 当一根光纤固定，另一光纤随外界因素而移动，耦合效率会随两光纤端面间距而改变，测出光强， 即可求得 光纤端面 位移量的 大小。 强度调制型光纤传感器 26 ◎微弯效应光强度调制 微弯作用导致光纤内发生模式间的耦合，这些耦合 模变成辐射模，泄漏到包层中去。 强度调制型光纤传感器 27 强度调制型光纤传感器 特点： 相对式测量，结构简单，易于实现 缺点： 受光源的稳定性制约，抗干扰性较差 28 根据光调制手段的不同，光纤传感器又可分为： ◎强度调制型 Intensity ◎相位调制型 Phase ◎偏振态调制型 Polarization ◎频率调制型 Frequency