文献综述——光纤振动传感器.doc

中国计量学院
毕业设计(论文)文献综述
学生姓名: 徐婷学号: 0800403238
专业: 光电信息工程
班级: 08光电2
设计(论文)题目:
光纤振动传感器的设计
指导教师: 李裔
二级学院: 光学与电子科技学院
2011年 3 月 07日
光纤振动传感器的设计
文献综述
概述:
光纤传感器的历史可追溯到上世纪70 年代,那时,人们开始意识到光纤不仅具有传光特性,且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。由于其具有常规传感器所无法比拟的优点和广阔的发展前景,很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的研究力度,也涌现出许多成果。但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈,这使得它在工程上的应用较少。最近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破。随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器面世,而光纤与其他学科理论相结合,不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高,而且其应用领域也越加广阔。
光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器不但在高、精、尖领域得到应用, 而且在传统的工业领域被迅速推广,其本身产品也不断推层出新,显示出强大的生命力。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高, 不久的将来光纤传感器必将在海洋、化工、土木工程、水利电力等各个领域显示其应用活力。
二、光纤传感器的特点和工作原理:
a。光纤结构和种类:
光纤是一种光信号的传输媒介。
光纤的结构:最内层的纤芯是一种截面积很小、质地脆、易断裂的光导纤维,制造材料可以是石英、玻璃或塑料。纤芯的外层由折射率比纤芯小的材料制成。由于纤芯与包层之间存在着折射率的差异,光信号得以通过全反射在纤芯中不断向前传播。光纤的最外层是起保护作用的外套。通常是将多根光纤扎成束并裹以保护层制成多芯光缆。
图一光纤结构
光纤的种类:1)按纤芯和包层的材质:玻璃光纤、塑料光纤。2)按折射率的变化:阶跃型、渐变型(聚焦光纤)。3)按传播模式:单模光纤、多模光纤。
b。光纤传感器的特点
近年来,传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中,光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能,例如:抗电磁干扰和原子辐射的性能,径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区),或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纤传感器有极高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等优点,光纤传感器受到世界各国的广泛重视。光纤传感器已用于位移、振动、转动、压力、速度、加速度、电流、磁场、电压、温度等70多个物理量的测量并且在生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警等方面有广泛的应用前景。
c。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,在经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。
d。光纤传感器的分类:
光纤传感器可以分为两大类:一类是功能型(传感型)传感器; 另一类是非功能型(传光型)传感器。
功能型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。
非功能型传感器是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,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的光纤传感器。
几种光纤传感器的设计
由上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室的周正仙、肖石林等人提出基于M-Z 干涉原理的定位式光纤振动传感器的研究。文章基于M-Z干涉原理,提出了一种新型光纤振动传感器方案,该传感器能判断振动事件发生的位置。并且仿真分析研究了该定位式传感器的信号处理技术,通过增大信号的带宽、延长信号的持续时间、增大信噪比和改善定位算法,实现了较好的定位性能,验