《强度调制传感器》PPT课件

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1、强度调制传感器强度调制传感器一般与位移或其他物理扰动相联系，这种扰动与光纤发生作用，或与连接于光纤的机械调制器作用，引起接收到的光强发生改变。光损失可以是由于以下因素而引起：透射，反射，微小弯曲或吸收，散射，荧光等透射型强度调制光纤传感器图5-3-1（a）为轴向位移测量的探头结构。图5-3-1（c）为输出与探头距离的关系曲线，这条曲线符合距离r的平方反比律。反射型强度调制光纤传感器微弯型强度调制光纤传感器本征型强度调制光纤传感器本征传感器利用返回光的光强的改变。不象透射、反射和微弯传感器需要外界的变化，它是

2、利用光纤芯的化学性质（包层可以是玻璃或塑料）来实现传感。基本机制有吸收、散射、荧光、折射率变化或偏振等。在玻璃中掺入杂货可以产生荧光，这件传感器可以由两种不同的方法实现，一种是用光源来激发荧光、但激发情况受温度影响。另一种是利用外辐射激发光纤，然后检测荧光折射率变化是通过改变光纤的数值孔径来实现改变接收光量的，许多聚合包层材料的折射率随温度变化，可用作温度传感器。其它光效应的强度调制光纤传感器在光纤端面上增加吸收光栅可以进一步提高透射传感器的灵敏度。如图带吸收光栅径向位移传感器光纤旋转传感器光纤偏振旋转传感

3、器透射传感器还可以在光路上和其他光学材科连接使光强为环境因素的函数。如果在光路上的材料透过率随环境改变突然发生改变，就可以实现开关功能，液晶就可作为温度和压强的开关。环境状况连续改变，较出量也连续改变，大多数材料可实现这批现象，例如：(1)用于偏振光光路中的光弹材料是对压力敏感的。(2)用于紫外光光路中的光色材料是对温度敏感的。(3)掺入具有强烈吸收带杂质的材料是对温度敏感的。(4)其些光致发光材科在电场中透射率会发生改变。光纤荧光传感器一种特别令人感兴趣的反射传感器利用了荧光，这里指的是波长调制，这是由于

4、调制光的波长比入射光波长长。应用（1）位移测量其中R为光纤探头和反射面的间距，为光纤出射端面法线和出射光发散角边缘的夹角，D为光斑直径返回利用两个探头获得一平均输出可提高灵敏度。考察图所示的装置，设定探头的初始位置，使得探头A和探头B的接收光强分别处于峰值前沿和后沿并使二光强值相等。当目标移近时，探头A的接收光强减小而B探头的接收光强增大。两个探头获得的输出差值要比任一单个探头的读数都大，因而可提高探测灵敏度。此外，除了探测位移多少外还可获得移动方向的信息。反射式传感器与不同焦距的透镜系统组合所对应的响应曲

5、线传感器所采集的位移数据与目标反射率的变化及目标板的倾斜程度都有关。在表征这一特性的实验过程中，使用了一些精磨光的比较块，其表面加工成不同的粗糙度。2L表面近似为镜面，表面粗糙度从4L到8L，16L逐渐增大，32L表面最粗糙。微弯型位移光纤传感器微弯传感器可归于两类：亮场型和暗场型。亮场传感器测量光纤中的传输光强，其光强变化由微弯损耗决定。暗场传感器则测量通过包层泄漏的光。微弯传感器的一个主要应用是测量位移。图所示即为在亮场传感测量中透射率与位移的变化曲线。正如第3节中讨论过的，该响应曲线具有三个性质不同的

6、区域。第一段中，具有柔性的包层承受了起初的位移运动，从而减缓了光纤弯曲。微小的弯曲仅能使一些最易泄漏的模发生辐射。第二段为线性响应区，约占透射率测量段的60％多。通常也正是利用这一段作传感测量。位移量继续增大时，高阶模几乎全部损耗，传感器的灵敏度大幅度下降。应用2.光纤温度传感器图示出了一种粘在一起的双金属片作为传感头构成双路反射型光纤探头。这种双金属片被设计成在特定温度下产生瞬时作用，从而相对于探头顶端产生突然移动，因此在一组温度点产生开关作用。这种双金属片也能被设计成连续移动，在模拟方式中产生正比于温度

7、的移动。差分热膨胀式反射型光纤温度传感器具有差分热膨胀的铝块和石英块，把光反射进出射光纤，当二块板随温度相对移动时，将产生干涉条纹的移动并被计数。反射型测温还具有数字显示双折射晶体的反射型光纤温度传感器双折射晶体式光学透明的，二个互相垂直的偏振光，它的折射率是不同的。光通过入射光纤、起偏器和晶体，从反射镜反射后再通过晶体，检偏器和出射光纤而被探测。由于双折射特性是温度的灵敏函数，而双折射的变化引起了光强的改变，所以这光强是正比于温度的。这种传感器只限于生物过程中的温度测量。荧光传感头荧光材料并不是反射光而是

8、吸收入射光，然后激发出荧光辐射。这种传感器用一根纯石英光纤，使得进入的紫外光具有最大的透过率。光纤端面涂有一层荧光材料，并被密封，整个传感器示于图。用高热膨胀的弯曲机械装置引起曲率半径随温度的变化，这可获得灵敏的传感功能。很显然，相当小的曲率半径的变化引起足够的损耗变化。如果设计一个连续多点测量传感器，必须选择光纤和微弯传感头，以致局部过热时不会折断整个光纤。几种微弯传感器的结构图位相调制光纤传感器由于位相调制传