《物联网技术与应用开发》课件第3章.ppt

虚拟化、网络化和信息融合技术是智能传感器发展完善的三个主要方向。虚拟化是通过通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能，虚拟化传感器可缩短产品开发周期，降低成本，提高可靠性。网络化智能传感器是利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口(LAN或Internet)的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换和共享。多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合，以形成更为精确的被测对象特性和参数。1．光纤传感器的工作原理光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。2．光纤传感器的特点光纤传感器具有如下特点：(1)灵敏度较高；(2)几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；(3)可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件；(4)可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀或其他的恶劣环境；(5)具有与光纤遥测技术的内在相容性。3．光纤传感器的应用光纤传感器应用于绝缘子污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。4．光纤传感器的分类光纤传感器可以分为两大类：功能型(传感型)光纤传感器和非功能型(传光型)光纤传感器。1)功能型光纤传感器功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制，多采用多模光纤。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高。典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。2)非功能型光纤传感器非功能型光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。优点：无需特殊光纤及其他特殊技术；比较容易实现，成本低。缺点：灵敏度较低。实用化的大都是非功能型光纤传感器。光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。无论是在狭小的空间里，还是在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身的传感器(功能型光纤传感器)和利用光纤的传感器(非功能型光纤传感器)。所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外界的被测量的物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10-4rad的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力会发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高、体积小、成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。光纤布拉格光栅传感器(FBS)是一种使用频率最高、范围最广的光纤传感器，这种传感器能根据环境温度以及应变的变化来改变其反射的光波的波长。光纤布拉格光栅是通过全息干涉法或者相位掩膜法来将一小段光敏感的光纤暴露在一个光强周期分布的光波下面，这样光纤的光折射率就会根据其被照射的光波强度而永久改变。这种方法造成的光折射率的周期性变化就叫做光纤布拉格光栅。当一束广谱的光束被传播到光纤布拉格光栅的时候，光折射率被改变以后的每一小段光纤就只会反射一种特定波长的光波，这个波长称为布拉格波长。这种特性可使光纤布拉格光栅只反射一种特定波长的光波，而其他波长的光波都会被传播。光纤传感器的另外一个大类是利用光纤的传感器。其结构大