透射式光纤传感器.ppt

透射式光纤传感器
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透射式光纤传感器的原理图
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发射光纤与接收光纤对准，光强调制信号加在移动的遮光板上，或者直接移动接收光纤。使接收光纤只能收到发射光纤发出的部分光，从而实现调透射式光纤传感器
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透射式光纤传感器的原理图
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发射光纤与接收光纤对准，光强调制信号加在移动的遮光板上，或者直接移动接收光纤。使接收光纤只能收到发射光纤发出的部分光，从而实现调制。图5-6（a）为动光纤式光强调制模型，用来测量位移、压力、温度等物理量。这些物理量的变化使接收光纤的轴线相对于发射光纤错开一段距离x.
光强按5-6（b)所示的曲线减弱。图中D是纤芯直径。 光强度调制器的线性度和灵敏度都很好
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带有遮光屏的透射式光强调制结构
采用双透镜系统使入射光纤在出射光纤上聚焦，遮光屏在垂直于两透镜之间的光传播方向上下移动。这种传感器光耦合计算方法与反射式传感器是一样的.
在上述的简化分析限定范围内，比值δ/r与可移动遮光屏及两透镜问半径为r的光柱相交叠面积的百分比α。
不用透镜的两光纤直接耦合系统，结构虽然简单，但也能很好地工作。只是接收光纤端面只占发射光纤发出的光锥底面的一部分，使光耦合系数减小，灵敏度也降低一个数量级(r/dT)2。
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遮光屏是由等宽度，交替排列着的透明区和不透明区的光栅组成，其中一支为固定光栅，另一支为可移动光栅。
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在简单的遮光屏透射式光强调制基础上，还可以改进以提高测量的灵敏度。
利用两个周期结构的光栅遮光屏传感器，通过一对光栅遮光屏的透射率，从50％(当两个屏完全重叠时)变到零(当一个屏的不透明条完全覆盖住另一个屏的透明部分)。在此周期性结构范围内，光的输出强度是周期性的。而且它的分辨率在光珊条纹间距的10-6数量级以内。这是能够构成很灵敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础。
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透射式光纤传感器的应用
透射式光纤温度传感系统方框图
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透射式光纤传感器实物图
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遮光式光纤温度计
当温度升高时，双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输出光强发生变化。
接收
光源
1
2
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该图为光纤温度测量系统示意方框图。它 主要由光源驱动电路 、发光二极管入射光纤、感温探头出射光纤、光电探测器及信号处理显示系统构成 。
驱动电路提供恒定电流使光源 LED发光 ，从光源发出的光通过光纤分路器将一部分光经光纤 A’直接耦合到检测器 I0检测 ，作为参考信号。而另一部分光耦合到光纤A传至探头 ，由于探头对光的吸收随温度的变化而变化， 因此从探头透射出的光成为受温度调制的光信号。调制光信号沿光纤输出 ，经接收光纤用检测器 I1检测出相对应的电信号 。I1与 I0 经滤波放大后相除 ，这可消除光源光强的变化 ， 此信号放大后经 A／D 转换 ，再送入单片机进行温度补偿和线性处理 ，转换成相 应的温度 ，通过显示器显示输出 。
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基于透射式强度调制的光纤温度传感器因其具有最著优点，存近十年来得到了长足发展。其主要类型有如下几种：
传统的双金属型光纤温度传感器(又称为经典型)：此种光纤温度传感器，是将双金属片一端固定，入射光纤输出端和出射光纤接收端采用透镜的方式，使得入射光纤输出的光变成平行光，经过调制的光强再用透镜耦合到出射光纤，其工作原理是利用双金属片因温度变化而弯曲，因而改变了光路遮断程度进行测温。遮光板位移的程度取决于双金属片的变形度。
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双金属片的位移量与
温度变化的关系式为：
式中：
K——是由双金属片的热膨胀系数、弹性系数和厚度比决定的常数；
h——双金属片的厚度(mm)；
L——双金属片的长度(mm)；
△t——温度变化量(℃)。
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光纤常温传感器：它也是以双金属片为温度敏感元件，利用双金属片的热膨胀性，在外界温度发生变化时，通过双金属片带动光码盘转动，再用光纤输入两束光，通过光码盘，码盘转动时，出射光被调制成光脉冲输出。由两光脉冲的相位差则可判断温度变化的方向(升温和降温)。再通过对两路输出光信号的处理，可以得到计数器计数值和温度的关系。
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