第11讲_光纤传感器

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1、第10讲光纤传感技术及其应用1、光纤传感技术及其应用（1）光纤传感技术简介光纤技术的发展与动态光纤传感器的发展与动态光纤传感器的原理光纤传感器与电传感器的对比光纤传感器的特点与分类（2）光纤传感技术在各行业中的应用光纤压力传感器光纤温度传感器光纤液位传感器光纤阀位回讯器光纤成分在线检测技术光纤报警传感器其他光纤传感技术2、光纤的发展与动态1966年高昆博士提出光纤传输的理论1969年日本平板玻璃公司制出200dB/KM梯度光纤1970年美康宁公司制出世界第一根20dB/KM低损耗光纤1972年日本电子技术综合研究所制出7dB/KMSiO2芯光纤

2、1973年美贝尔实验室用化学沉积法（CVD）制光纤1978年对1.5μm光传输接通理论值约0.2dB/KM1980年光通讯产业形成70年代末，美最先发表FOS文章1981年美召开光纤陀螺会议1981年英第一届国际FOS会议1984年西德第一届FOS会议1986年美第三届FOS会议1988年日本第四届FOS会议1989年美第五届FOS会议2000年意大利第十四届FOS会议3、光纤传感器的原理将被测参量转换为光信号参数的变化光纤的结构n1n2n2n1n2纤芯包层涂覆层护套光纤传光原理——全反射n1>n2入射角>θi法线n1n2θi光纤传光原理——折

3、射光纤传光与数值孔径n0200n2n1光束在芯子内全反射的条件：大气介质数值孔径的意义是无论光源发射功率有多大,只有2θ0张角之内的光功率被光纤接受传播。一般希望光纤有大的数值孔径,这有利于耦合效率的提高。但数值孔径大,光信号将产生大的“模色散”,入射光能分布在许多个模式中,各模式的速度不同,导致各个能量分量到达光纤远端的时间不同,信号将发生严重畸变,所以要适当选择。典型的光纤θ0≈10°。4、光纤模式及其对光信号传输的影响n2n1多模阶跃光纤nr多模梯度光纤n2n1单模梯度光纤5、光纤传感器与电类传感器对比电量电量检测电类传感器被测参量

4、电缆电类传感器光源光量检测光纤传感器被测参量光纤光纤传感器分类内容光纤传感器电类传感器调制参量振幅：吸收、反射等相位：偏振…电阻、电容、电感等敏感材料温-光敏、力-光敏、磁-光敏…温-电敏、力-电敏、磁-电敏…传输信号光电传输介质光纤、光缆电线、电缆从对比可见光纤传感器与电类传感器是并行互补的一类新型传感器6、光纤传感器的特点*本质防爆适合于易燃、易爆等危险物品检测*对电绝缘适合于高电压场合检测*无感应性适合于强电磁场干扰环境下检测*化学稳定性适合于环保、医药、食品工业检测*时域变换性适合于多点分布测量*低损耗*大容量*高精度*尺寸小*重量轻*

5、非接触式（1）光纤传感器在易燃易爆场合的应用控制室光纤各类油罐参数检测压力容器参数检测核工业环境参数检测煤矿中CH4等参数检测7、光纤传感器的应用（2）光纤传感器在高电压、强电磁场干扰场合的应用控制室光纤高压变压器高压电动机强电磁干扰电气设备微波设备（3）光纤传感器在实时－在线检测中的应用取样送检样品光谱仪被测物传统光谱仪物质成分检测光纤光纤光谱仪被测物光纤光谱仪物质成分检测8、光纤传感器的分类传输型光纤仅传输信号，不起敏感作用传感型光纤既传输信号，又是敏感元件（1）传感信号光纤传输网络0～10mA0～5V光／电变换计算机电阻电容光纤传输网络光

6、纤·传输量大·传输距离远·不怕电磁干扰·接口方式齐全电感电脉冲光参量（2）光纤转速传感器非接触测量方式LEDPIN光纤（3）点式光纤液位传感器适用于高、低液位报警密封加油控制LEDPIN液体LEDPIN液体光纤液位传感器（4）光纤阀位回讯器发光管光敏管反射镜软铁弹簧滑杆光纤壳体弹片磁铁（5）光纤温度传感器阻光型LEDPIN光纤砷化镓片光纤T1

7、温度传感器示意框图光纤光栅用于温度报警系统分路器宽带光源报警器可调宽带滤波器SSS（8）光纤气体成分传感器R,θ光纤传感头参考频率LEDPIN锁相放大器混气室N2O2流量计（9）光纤化学成分传感器R,θ光纤传感头参考频率LEDPIN锁相放大器tI（10）光纤光谱传感器光源出口待测气体white室探测器信号处理