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传感器 光纤传感器
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第9章 光纤传感器
信息载体——光
传递媒质——光纤
兼具光纤及光学测量的特点。
光线传感器与以电为基础的传感器有本质区别。
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2）色散
特别在光纤通讯中，色散使传输的信号脉冲发生畸变，从而限制了光纤的传输带宽
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3）光纤的分布类型
影响光纤传感器灵敏度的有：
光纤束的数量、尺寸和分布,以及每根光纤的数值孔径
(a)随机分布
(b)半球形对开分布
(c)共轴内发射分布
(d)共轴外发射分布
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塑料光纤
玻璃光纤
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常规光纤与纱芯光纤
217－纱芯光纤直径66 m
613－纱芯光纤直径42m
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二、光纤传感器
1、 光纤传感器分类及其工作原理
A）功能型（元件型）光纤传感器
光纤为敏感元件，光在光纤内受被测量调制。
此类传感器要求高、成本也高。
光发送器
光受信器
光纤敏感元件
被测物理量
调制光
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B）非功能型（传光型）光纤传感器
利用其他敏感元件感受被测量的变化，
光纤仅作为光传输介质，又称为传光型光纤传感器
光发送器
光受信器
传输光纤
被测物理量
调制光
敏感元件
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2、 光调制解调技术
光的调制：将信号叠加到光波上。
调制原理：外界信号可引起光的强度、 波长或频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制：
分类 ：
强度调制型、频率调制型、
相位调制型、偏振调制型
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3、几种常用的光强调制技术
1） 微弯调制
光纤的弯曲能够使光从纤芯射入包层而产生损耗。
微弯光纤传感器
敏感元件——变形器。
变形器如一对错开的带锯齿槽的平行板, 能引起光纤产生微弯
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2）光强度的外调制
调制环节在外部，光纤只起传光作用。
分为：
反射型和透光型
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应用1：反射式光纤位移传感器
工作原理：
根据被测目标表面光反射至接收光纤束的光强度的变化来测量被测表面距离的变化。
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输入输出特性:
1)位移为零
光纤探头端部紧贴被测件表面
发射光锥和接收光锥无重合面积,
接收光纤中无光信号;
2)随着被测表面逐渐远离光纤探头
发射光锥和接收光锥重合面积B1增大,
接收光纤端面上被照亮的B2区也增大,
有一个线性增长的输出信号;
3)当接收光纤端面被全部照亮,
输出信号达到了位移-输出信号曲线上的“光峰点”
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4)当被测表面继续远离
反射光面积B2大于接收光纤端面积C,
光纤探头更加远离被测表面
使接收到的光强逐渐减小,
光敏输出器的输出信号逐渐减弱,进入曲线的后坡区,
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位移-输出特性曲线
2) 后坡区,
信号的减弱约与探头和被测表面之间的距离平方成反比,可用于距离较远而灵敏度、线性度和精度要求不高的测量。
3) 光峰区,
信号达到最大值,其大小取决于被测表面的状态。所以这个区域可用于对表面状态进行光学测量。
1) 前坡区
输出信号的强度增加得非常快,这一区域可以用来进行微米级的位移测量。
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反射型光纤位移传感器的一个典型例子
发射、。
，。
光缆的后部被分成两支，一支用于发射光，一支用于接收光。
，而接收光信号的敏感元件是光电池。
光敏检测器输出与接收到的光强成正比的电信号。,。
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在压力的作用下，膜片产生挠曲引起膜片位移的微小变化
光通量是膜片的形状尺寸以及探头到膜片的平均距离的函数。
构成：反射型光纤传感器的探头前面加上一个膜片
应用2：光纤测压传感器
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应用3：光纤麦克风（光纤声音传感器）FOM1
FOM 基于独特的光学感应器技术。 一个光束通过光纤