电子科大传感器 第七章 光纤传感器.ppt

电子科大传感器 第七章 光纤传感器
（2）传光型光纤传感器
一种是将敏感元件置于入射与接收光纤中间，在被测对象的作用下，或使敏感元件遮断光路，或使敏感元件的光透射率发生变化，这样，光探测器通光量便成为被测对象调制后的信号；
另一种是消除从发射透镜和光纤前端面反射回来的光，在光探测器前装一块偏振片R，从而使光探测器只能检测出与原光束偏振方向相垂直的偏振光。
后向散射光
激光多谱勒测速系统原理
激光沿着光纤入射到测速点A上，然后后向散射光与光纤端面的反射或散射光将沿着光纤返回，其中纤维端面的反射或散射光是作为参考光使用。
为了区别并消除从发射透镜和光纤前端面反射回来的光，在光探测器前装一块偏振片R，从而使光探测器只能检测出与原光束偏振方向相垂直的偏振光。
信号光与参考光一起经光探测器进入频谱分析器处理，最后分析器给出测量结果。
六、光纤位移传感器
1、简单的光纤开关、定位装置
2、移动球镜光学开关传感器
3、反射型光纤位移传感器
1、简单的光纤开关、定位装置
(a) 光纤记数装置
(b) 编码盘装置
(c) 定位装置
(d) 液位控制装置
属传光型光纤传感器
（a）光纤开关、定位装置
被记数工件随传送带移
动，一个工件从光纤断开处
通过时，挡光一次，在光纤
输出端得到一个光脉冲，用
记数电路和显示装置将通过
光纤的工件数显示出来。
（b）编码盘装置
转动的金属盘上穿有透光
孔。当孔与光纤对齐时，在光
纤输出端就有光脉冲输出，这
是通过孔位的变化对光强进行
调制。
（c）定位装置
在大量生产中对工
件进行重复性加工操作
时，用这种方法对工件
定位。
（d）液位控制装置
用以判断光纤与液面是否
接触。当光纤与液面接触时，
光学界面折射情况改变，从而
使光纤接收端的光强度发生改
变。光纤接收端面的结构有许
多种，其基本原理多数是以改
变光线的全反射状况来实现液
位控制的。
2、移动球镜光学开关传感器
这是一种高灵敏度面检测装置；
光强为I0的光束，通过发送光纤照射到球镜上，球透镜把光束聚集到两个接收光纤的端面上；
当球透镜在平衡位置时，从两个接收光纤得到的光强I1和I2是相同的；
如果球透镜在垂直于光路的方向上产生微小位移时，在两个接收光纤上得到的光强I1和I2 将发生变化，光强比值I1/I2 的对数值与球透镜位移x呈线性关系，但与初始光强无关。
球镜位移与光强比值的变化关系
3、反射型光纤位移传感器
光源发出的光进入发送光纤，从光纤测头端面射出，照射到A面上，A面的反射光有一部分进入接收光纤。当A面到测头端面之间的距离z变化时，进入接收光纤的光强度随之发生变化，从而使光探测器上发出的电信号也随之发生变化。这是一种振幅调制型的位移传感器。
反射镜面
七、光纤速度、加速度传感器
1、光纤激光渡越速度计
2、利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计
1、光纤激光渡越速度计
激光耦合进梯度光纤，由光纤射出后，由透镜L1准直，再经过涅拉斯顿棱镜P将激光束分为夹角为1·的两束光。此两束光经过透镜L2在其焦平面F2上聚成两个光点。透镜L3把两个光点投射到15-45cm远的被测物体上，在被测物体处(如气流)，光束呈现出两个光斑。将两个斑点连线的方向调整到与气流方向平行，气流中携带的粒子可相继通过两个斑点。
1. 打印机；2. 微计算机；3. 相关器；4. 鉴频器；5. 光探测器；；7. 接收光纤。
6 激光器
被光班照亮的粒子使光发生散射，散射光进入望近镜透镜L4，经M1、M2进行两次反射以后在S平面处形成双斑点图像。
调整好接收光纤，使两根光纤的端面分别对准一个光斑。
光纤端面接收到的散射光，经过干涉滤光片后到达光探测器。
根据接收到两个光斑的时间差，以及在流场中两个光斑的距离，通过电路处理，就可以计算出气流的速度。
2、利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计
1. 氦氖激光器；2. 12. 分束器；3. 反向镜；. 透镜；5. 单模光纤；6. 质量块； 7. 顺变
柱体；8. 10. 压电变换器；9. 驱动器；13. 光探测器；14. 差动放大器； 15. 频谱仪
原 理
激光束通过分束器后分为两束光：透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。
测量光束经透镜耦合进入单模光纤，单模光纤紧紧缠绕在一个顺变柱体上，顺变柱体上端固定有质量块。
顺变柱体作加速运动时，质量块的惯性力使圆柱体变形，从而使绕在其上面的单模光纤被拉伸，引起光程差的改变。
相位改变的激光束由单模光纤射出后与参考光束在分束器处会合，产生干涉效应。在垂直位置放置的两个光探测器接收到亮暗相反的干涉信号，两路电信号由差动放大器处理。
八、光纤振动传感器
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原 理
激光束通过分束器、光纤