《型传感器》PPT课件

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1、第9章新型传感器2021/10/42一、教学目标（1）了解光纤传感器和超声波传感器的概念。（2）掌握光纤传感器的结构原理及超声波传感器的物理性质。（3）熟悉两种新型传感器在工程上的应用。二、教学重点和难点1、重点：超声波的物理性质和光纤传感器的结构原理。2、难点：超声波的物理性质。三、教学学时6学时9.1光纤传感器及其应用光纤传感器具有灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、频带宽、动态范围大、结构简单、体积小、质量轻以及耗能少等优点。光的全反射实验各种装饰性光导纤维发光二极管产生多种颜色的光线，通过光导纤维传导到东方明珠球体的表面。在计算机控制下，可产生动态图案。上海东方明珠

2、9.1.1光纤的基本概念1.光纤的结构（a）光纤的截面图（b）光纤的外观图图9-1光纤的结构1—纤芯；2—包层；3—缓冲层；4—加强层；5—PVC护套光缆的外形及光纤的拉制光纤拉制塔：拉制速度：600~1000m/min石英预制棒：直径为40~60mm，长约1m连续拉制成直径为125μm，长为100~200km的光纤光的反射、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。光的全反射当减小入射角θc时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个

3、极限值时的入射角，定义为临界角θc。当入射角小于θc时，入射光线将发生全反射。光在光纤中的全反射光纤的类型阶跃型：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。9.1.2光纤传感器的结构原理（a）传统传感器（b）光纤传感器光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性

4、质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。9.1.3光纤传感器的分类1.根据光纤在传感器中的作用进行分类分为功能型光纤传感器、非功能型光纤传感器和拾光型光纤传感器（a）功能型1）功能型光纤传感器光纤水听器光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的监测。它既可用于海洋、陆地石油天然气勘探，也可用于海洋、陆地地震波检测以及海洋环境检测，它又是现代海军反潜作战及水下兵器试验的先进检测手段。（b）非功能型2）非功能型光纤传感器光纤传感器外形3）拾光型光纤传感器（

5、c）拾光型光纤温度传感器2.根据光受被测对象的调制形式进行分类强度调制型光纤传感器偏振调制型光纤传感器频率调制型光纤传感器相位调制型光纤传感器1）强度调制型光纤传感器强度调制型光纤传感器是一种利用被测量的变化而引起敏感元件参数的变化，从而导致光强度的变化来实现测量的传感器。这种光纤传感器可利用光纤的微弯损耗、振动膜或者液晶的反射光强度的变化，以及物质的荧光辐射或者光路的遮断等构成压力、振动、温度、位移等各种强度调制型光纤传感器。2）偏振调制型光纤传感器偏振调制型光纤传感器是一种利用光偏振的变化来传递被测信号的传感器。这种传感器可利用光在磁场媒介中传播的法拉第效应做成电流或磁

6、场传感器，它可以避免光源强度的变化对其产生的影响，因此，灵敏度较高。3）频率调制型光纤传感器频率调制型光纤传感器是一种利用单色光照射到被测量物体上时反射回来的光的频率发生变化来进行监测的一种传感器。4）相位调制型传感器相位调制型传感器是利用被测量对敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或者传播常数发生变化，从而导致光的相位发生变化，通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位的变化量，从而得到被测量的信息。9.1.4光纤传感器的应用1.反射式光纤位移传感器–非功能图9-6反射式光纤位移传感器的工作原理2.光纤压力传感器图9-7膜片反射式光纤压力传感器的原理图1—Y形光纤束；2—壳片；

7、3—膜片3.光纤温度传感器图9-8光纤温度传感器示意图1—感温黑色壳体2—彩色液晶3—入射光纤；4—出射光纤适用于远距离防爆场所的温度测量保护管光纤温度传感器4.热双金属式光纤温度开关图9-9热双金属式光纤温度开关的原理图1—遮光板；2—双金属片测温范围：10~50摄氏度缺点：反应慢5.球面光纤液位传感器（a）不接触液体的工况（b）浸在液体中的工况图9-10球面光纤液位传感器的原理图1—入射光纤；2—透明球形端面；3—包层；4—出射光纤6.斜端面光纤液位传感器（a）在空气中（b）在液体中图9-11反射式斜端面光纤液