第4章 第4.补1 光纤 激光传感器.ppt

光纤传感器
一、光纤传感器发展概况
二、光导纤维的结构和传输原理
三、光纤传感器的工作原理
四、光导纤维的主要参数
五、光纤传感器的应用
光纤——光导纤维,是由石英、玻璃、塑料等光折射率高的介质材料制成的极细的纤维,是一种理想的光传输线路。
光纤传感器(Fiber Optic Sensor,FOS)兴起于20世纪70年代,是一类较新的光敏器件,它是利用被测量对光纤内传输的光波进行调制,使光波的一些参数,如强度、频率、波长、相位、偏振态等特性产生变化来工作。可以测量位移、加速度、压力、温度、磁、声、电等物理量。
光纤传感器
发展概况
1977 年,美国海军研究所(NRL-National Naval Research Laboratory)开始执行光纤传感器系统计划。
光纤传感器问世
1983 年起,国际光纤传感器会议定期召开,光纤传感器的研究成为世界研究热点。
各个发达国家都做了大量的研究工作,具体如下:
美国(激光核聚变计划)
FOSS(Fiber Optic Sensor System)
水声器、磁强计等水下检测设备
FOG(Fiber Optic Gyroscope)
光纤陀螺:发展最快,取得成果最好的领域之一
NRM(Nuclear Radiation Monitor)
核辐射监测
飞机发动机监控:
温度、叶尖故障、火焰燃烧、叶片振动、油量
CRP(Civil Research Project)
民用研究计划
英国(阿维尔计划)
1982 年成立英国光纤传感器合作协会
高电压光纤电流传感器--中央电气研究所
光纤陀螺、水声器—伦敦大学
光纤传感器的多路测试设备—曼彻斯特大学
光全息技术—牛津大学
特种光纤和光学测试仪器—南安普顿大学
德国 (激光2000)
光纤陀螺的研究和开发水平仅次于美国,居世界第二。
西门子公司等均在光纤传感器方面有研究。1980 年,西门子公司开发出了高压光纤电流传感器。
日本
1979-1986 年,从事光纤传感器技术研究工作的公司和大学共 24 家。
1980-1983 年,申请光纤传感器的相关专利共 464 项。
我国
1983 年,光纤传感器第一次全国性会议在杭州召开。
在“七五”规划中提出了 15 项光纤传感器的研究项目。
目前的研究工作主要由各高校和研究所承担。清华、北航、北京交大……
市场需求
光纤高温传感器。传统使用铂铑热电偶来测量高温,寿命短、成本高,而且需要停电(从而导致停产)来更换热电偶。
电力系统需求。如对高压变压器和大型电动机的定子、转子的温度检测等,由于电类传感器易受强电磁场的干扰,无法使用。
在石油、化工、大型电厂等系统内,需要检测各种气体的浓度、成分等,采用电类传感器达不到要求的精度。
二、光纤结构与传输原理
纤芯
包层
涂覆层
护套
光纤通常由纤芯、包层及保护套组成。
纤芯是由玻璃、石英或塑料等材料制成的圆柱体,直径约为5~150μm。
包层的材料也是玻璃或塑料等,但纤芯的折射率n1稍大于包层的折射率n2。
(1)光纤的结构