光纤传感器原理及其应用.ppt
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1、光纤传感器 原理及其应用,主要内容,概论 光纤传感器原理 光源 光探测器 光信号检测技术 特殊光纤 典型应用,第一讲 概 论,传感器,将待测量对象的状态变换为可处理信号的器件或装置。 可以实现信息检测、转换和传输。 从字面上讲可比做人感知自然界物理现象的器官。 从工程技术上讲,指检测被测物体某种信息的仪器。它是感知、获取、检测和转换信息的窗口,处于研究对象与传输处理系统的接口位置。,传感器是现代科学技术开拓的先锋,在信息时代,人类的认识和活动范围在空间和时间上将向无限、极端和崭新领域拓展。各种关键工程的开发,首先就要有能传感各种强、高、弱、微和边缘效应的传感器,这些特殊领域的突破将给人类科学技
2、术带来不可估量的进展,产生巨大的经济效益。,传感器技术,利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术。 传感器技术是检测原理、材料科学和工艺加工三个要素的最佳结合,在发达国家被列为核心技术之一。 传感技术的提高,在很大程度上有赖于揭示物理现象的研究和材料技术的发展。,光纤传感器 (FOS-Fiber Optic Sensor),以光纤作为功能材料的传感器。 以光学技术为基础,将被敏感的状态以光信号的形式取出。,101,107,102,106,103,105,104,104,105,103,106,102,107,101,108,100,109,10-1,1010,10-2,1011,10-3,1
3、012,10-4,1013,10-5,1014,10-6,1015,ELF,VF,VLF,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,自由空间波长,m,频率,Hz,电力、电话,无线电、电视,微波,红外,可见光,双铰线,同轴电缆,光纤,卫星/微波,AM无线电,FM无线电,通信波段划分及相应传输媒介,频段划分,传输介质,光纤,光通信的特点,波长短,载频高,宽带宽 大容量 能量集中 器件尺寸小 功耗低,光纤的特点,损耗低,0.2dB/km 良好的传光性能 频带宽,传输容量大,400nm,50THz 可塑性好; 本身就可以作为敏感元件 重量轻,体积小,27g/km fiber 资源丰富,石英 抗
4、电磁干扰,不易串音,抗雷击,通信质量高 防爆性能好 .,光纤传感器的优点,灵敏度高,抗电磁干扰,耐腐蚀,防爆。 无源器件,不干扰被测场。 结构简单,体积小,重量轻。 便于和计算机连接,可以实现分布式传感和遥测技术:在整个光纤长度上能连续的获得被测量的响应,传统的几百个点传感器阵列可以用一条光纤取代。 频带宽,动态范围大。 几何形状具有多方面的适用性,便于组合系统,可以组成任意形状的FOS或FOS阵列,并且可与计算机连接,实现多功能及智能化。,光纤传感器的工作原理及其分类,1.基本工作原理,将光源的光经过光纤送入调制区,在 调制区内,外界被测参量与进入调制区的光相互作用,由于光纤中的模态损耗和相
5、位能够随着弯曲、微弯、压力、拉力、温度以及其它环境因素的变化而变化,从而使光的光学性质,如强度、波长、频率、相位和偏振态等发生变化,成为被调制的信号光,再经过光纤送入光探测器,并经过解调而获得被测参数。,光纤传感器的基本构成,光源:LD,LED,白炽灯,激光器等 信号调制:待测参量引起光信号强度、波长、频率、相位或偏振态的变化。 光探测器:PIN,APD,CCD,光电池等。 信号处理:电路、计算机、单片机,计算机系统等。,外界参量,2.光纤传感器的分类,按照传感原理进行划分 传光型光纤传感器:光纤不连续,其间 有中断,中断部分要接上其它 介质的敏感元件,可以充分利 用已有传感技术的优点。 传感
6、型光纤传感器:“传”和“感”合为一 体,光纤连续,减少了耦合, 但是往往需要特殊光纤。,按照调制原理进行划分 强度调制光纤传感器:光纤中光强度变化 波长调制光纤传感器:光纤中光波长变化 偏振态调制光纤传感器:光纤中光偏振态变化相位调制光纤传感器:光纤中光相位变化 频率调制光纤传感器:光纤中光频率变化 时分调制:利用外界因素调制返回信号的基带 频谱,通过检测基带的延迟时间、幅度大小 的变化来测量外界物理量的大小和空间分布。,按照检测对象进行划分 温度传感器 压力传感器 位移传感器 流速传感器 辐射传感器 气体传感器 光谱传感器 .,传感器的设计原则,1.优良的变换功能,动态范围广 单纯的变换关系
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- 光纤 传感器 原理 及其 应用
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