光纤振弦智能传感器.ppt

《光纤振弦智能传感器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、河南工业职业技术学院电气工程系光纤传感器一、光纤的结构二、光在光纤中的传光原理三、光纤的类型四、光纤传感器的应用一、光纤的结构包层的折射率n2略低于纤芯的折射率n1各种装饰性光导纤维二、光在光纤中的传光原理1、光的反射、折射：当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。2、光的全反射：当增大入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应增大，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角θ0。当入射角大于θ0时，入射光线将发生全反射。AB当时

2、，光能够沿光纤的内壁由光纤的一端传到另一端.称为光学纤维的数值孔径，用NA表示，它决定了可经光学纤维传递的光束的入射角.只有入射角小于θi的光束才能在光纤中传输。对A、B两个界面分别用折射定律（分析临界状态）可得出：no≈1，光进入光学纤维后,多次在内壁上发生全内反射,光从纤维的一端传向另一端.光学纤维:中央折射率大,表层折射率小的透明细玻璃丝.光导纤维的传光原理三、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

3、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。四、光纤传感器的分类光纤传感器是一种把被测量转变为可测光信号的装置，由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤)、光接收器、信号处理系统及光纤构成。光发送器发生的光经入射光纤引导到敏感元件，在这里，光的某一性质受到被测量的调制。已调光经出射光纤耦合到光接收器，使光信号变成电信号，再经信号处理，得到被测量的值。光纤传感器的分类方法很多，可按光纤在传感器中的作用、光参量调制种类、所应用的光学效应和检测的物理量分类。按光纤在传感器中的作用，可分

4、为功能型、非功能型和拾光型三大类。信号处理光受信器光纤敏感元件光发送器功能型光纤（FF型）在功能型(FF)光纤传感器中，光纤既是光信号的传输通路，又是把被测量转换为光信号的敏感元件。光在光纤内受被测量调制，也称元件型，其优点是结构紧凑，灵敏度高，但对光纤和检测的要求也高，成本较高。在非功能型(NF)光纤传感器中，光纤仅作传光通路，被测量通过非光纤敏感元件对光进行调制，也称传输型。NF型较易实现，成本低，但灵敏度也低。信号处理光受信器敏感元件光发送器光纤非功能型光纤（NF型）在拾光型(天线型)光纤传感器中，光纤作为探头，接收由被测对象辐射或被其反射、散射的光

5、，如天线型位移传感器。拾光型实质上也属NF型。信号处理光受信器光发送器光纤耦合器拾光型光纤图a中光纤的内芯直径和折射率随温度变化，使光纤中传播的光由于路径不均匀而向外散射，导致光的振幅变化；1、FF型光纤温度传感器图c是利用单模光纤的长度、折射率和内芯直径随温度变化，而使光纤中传播的光产生相位变化，通过干涉仪测得其振幅变化，从而达到测温目的。四、光纤传感器的应用图b是利用单模光纤中的极化面随温度变化而旋转，通过检光板得到振幅的变化，以测量温度的传感器；FF型光纤温度传感器a)调幅型b)极化面旋转型c)调相型1—多模或单模光纤2—单模光纤3—极化面旋转4—检

6、光板5—相位变化6—参照光保护管内为高温光纤低温光纤光纤温度传感器利用弹性体的受压变形，将压力信号转换成位移信号，从而对光强进行调制。因此，只要设计好合理的弹性元件及结构，就可以实现压力的检测。下图为简单的利用Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器。在Y形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。膜片反射式光纤压力传感器示意图光源接收121Y形光纤束2壳片3膜片3P2、光纤压力传感器FF型光纤位移传感器如右图所示。其中，图a是由于光纤的长度和周径变化引起光在光纤中传播相位发生变化，它与参考光纤中相位未

7、变化的光发生干涉，根据干涉光的强度实现位移检测。图b是把位移转换成光纤的弯曲，导致光纤损耗增加，从而改变输出光的强度。FF型光纤位移传感器a)调幅型b)调相型3、光纤位移传感器1）FF型光纤位移传感器2）天线型光纤位移传感器它是利用Y型光纤来传送和接收信号。一束为入射光纤，把光源发出的光线传送到端部，发射到被测物体上；另一束为出射光纤把被测物体反射的光接收并传送到光敏元件上。由于出射光通量随传感器端部与被测物体之间的距离变化而变化，通过检测与光敏元件输出的电量，便可测得传感器与被测物体间的位移。根据光纤导光原理可知，当探头与被测物体相距某一距离时，出射光通

8、量最大，而探头紧贴被测物体或远离被测物体时，其输出为零。光纤位移测