传感器及实用检测技术18.光纤传感器.pptxVIP

……………光纤传感器传感器技术与应用

课程内容CONTENTS光纤传感器的组成和工作原理02光纤传感器的具体应用03什么是光纤01

一、什么是光纤光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。由两层折射率不同的玻璃组成。内层：光内芯，直径在几微米至几十微米。外层：直径为0.1—0.2mm。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%。光纤的基本结构

一、什么是光纤光纤根据光的折射和全反射原理，当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。

二、光纤传感器的组成和工作原理基本原理：是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量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、相位和偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光电探测器，获得被测参数。

二、光纤传感器的组成和工作原理根据光纤在传感器中的作用可以分为：1.功能型传感器，又称为传感型传感器。2.非功能型传感器，又称为传光型传感器。光纤传感器光源传输光纤光电探测器信号处理部分

功能型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作为传感元件，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，再通过被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。二、光纤传感器的组成和工作原理

功能型光纤传感器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。由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。优点：结构紧凑，灵敏度高。缺点：实现难度高，一般需用特殊光纤，成本高。二、光纤传感器的组成和工作原理

非功能型光纤传感器利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质，不是敏感元件。一般是在光纤端面或中间放置透光材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或发射光随之变化。二、光纤传感器的组成和工作原理

优点：结构简单、可靠，技术上容易实现。缺点：灵敏度一般比功能型光纤传感器低，测量精度也差一些。二、光纤传感器的组成和工作原理非功能型光纤传感器

三、光纤传感器的具体应用1.石油石化光纤传感器可以克服恶劣的井下环境取代传统的电子传感器，使用光纤传感技术，可以对能源开采设备、运输设施和储存设施情况进行监控，可以实时了解其各个部位的温度、振动、所受应力。相比于过去的人工使用设备进行沿线检测，这种方式极大地提高了安全检测的可靠程度和效率。在油管中清管器跟踪定位系统原理图

三、光纤传感器的具体应用2.城市建筑在建筑工程中，可以利用光纤传感器实时监测桥梁、大坝、重要建筑物等的温度、应力、压力、振动、倾角等物理量，以评估其短期及长期的结构安全性能。例如光栅压力传感器可预埋在混凝土等材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力。在大型工程中，因为需要实时监测，并且范围较广，所以主要使用的是连续性分布式光纤传感器。

三、光纤传感器的具体应用3.电力系统在电力系统中，需要测定温度、电流等参数，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用。光纤电流互感器无油无气、安全环保、响应速度快、动态范围大，已成为电流测量的主要发展方向，在电力系统尤其是直流输电工程中具有不可替代的作用。在电力系统光缆监测中基于BOTDR传感系统原理图自找

三、光纤传感器的具体应用4.医学领域光纤传感器可实现极小的尺寸，不受电磁干扰，能通过最小限度的侵害方式测量人体局部组织内的温度、压力、声波场的精确信息。具有小尺寸且不受电磁干扰的光纤传感器在医学应用中非常重要。光纤内窥镜原理图

三、光纤传感器的具体应用5.军事领域光纤传感在军用领域同样存在庞大的市场需求。军事应用的光纤传感器可用于水声探潜（光纤水听器）、光纤制导、姿态控制（光纤陀螺）、航天航空器的结构损伤探测以及战场环境的探测等方面。在航天航空领域中，战术导弹用光纤陀螺精确制导。光纤陀螺还可以应用于雷达无人控制直升机的姿态控制。光纤陀螺仪原理图

三、光纤传感器的特点1.传感器端无需供电，是无源器件；2.电绝缘性能好，抗高电磁干扰能力强；3.高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控；4.耐腐蚀，防爆，本质安全，各种恶劣或易燃易爆危险环境下可用；5.可实现远距离遥控监测和多点分布式测量，且测量速度快；

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