传感器课件9 光纤传感器d.ppt

传感器课件9 光纤传感器d
各种装饰性光导纤维
光纤传感器外形
光纤传感器基础
光纤波导简称光纤，是用透光率高的电介质(石英、玻璃、塑料等)构成的光通路。
由圆柱形内芯和包层组成，而且内制与解调技术
光就是一种横波，
光的电矢量E
可以用被测量调制光的不同参数，例如：
光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制
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强度调制与解调
利用被测对象引起载波光强度变化，从而实现对被测对象进行检测的方式。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测，
优点: 结构简单、容易实现、成本低。
缺点: 易受光源波动和连接器损耗变化等的影响
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1、微弯损耗光纤传感器
基于微弯损耗机理的强度调制型传感器的结构如图所示 。由光纤中光功率的数值可得到诸如压力、位移等被测量的大小。
光输入
光输出
变形器
光纤
L
Λ
微弯损耗光纤传感器原理
∆ β= β1- β2 ，其中 β1和β2分别为纤芯传输模的传输常数和包层辐射模的传输常数。
渐变型光纤中：
阶跃型光纤中：
2. 光强度的外调制
遮断型
发送光纤
接收光纤
反射型
接收光纤
发送光纤
光纤
探头
发射光纤与接收光纤的四种分布
偏振调制与解调
利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息
应用：
电流、磁场传感器：法拉第效应；
电场、电压传感器：泡尔效应；
压力、振动或声传感器：光弹效应；
温度、压力、振动传感器：双折射性
优点：可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。
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相位调制与解调
被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。
利用光弹效应的声、压力或振动传感器；
利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；
利用电致伸缩的电场、电压传感器
利用Sagnac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）
优点：灵敏度很高，
缺点：特殊光纤及高精度检测系统，成本高。
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－泽德尔干涉仪
3. 塞格纳克干涉仪
-泊罗干涉仪
频率调制与解调
被测对象引起的光频率的变化来进行监测
利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器；
利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器等。
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光纤传感器的特点
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灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、可桡性、可实现不带电的全光型探头
频带宽动态范围大
可用很相近的技术基础构成测不同物理量的传感器
便于与计算机和光纤传输系统相连 ，易于实现系统的遥测和控制
可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境
结构简单、体积小、重量轻、耗能少
应用：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。
光缆的外形
光纤的类型
阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。
梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。
单孔型光纤
单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。
与光纤耦合的电光与光电转换器件
实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。
激光二极管的外形
激光二极管芯片
激光二极管与发光二极管的带宽及效率的比较
单模光纤必须采用能发射单一光谱的激光二极管，它在传导过程中的发散损耗较小，稳定性较高。
光纤的损耗
光纤在传输信号的过程中损耗应尽量小且稳定。在某些波长上，光纤的损耗非常小。可选择适当波长的电光转换元件与之匹配。
专用的光纤连接头及光纤插座
光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完