chapter2opticaleffect.ppt
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1、光学传感器涉及的光学原理、效应,光纤传感的物理基础,反射原理 折射原理 吸收原理,光信号及光纤与外界作用产生的现象或效应是光纤传感的物理基础,弹光效应 电光效应 磁光效应 声光效应,多普勒效应 Sagnac效应 光声效应,基本,重要,特殊,1. Reflection,光纤通常由许多根光纤组成。发射和接收光纤的组合方式有混合式、对半分式、共轴内发射分布等,Displacement Sensor: MTI-2100,Modal Analysis Displacement Position Sensing Fatigue Testing Surface Flaw Detection Edge Det
2、ection Piezo Motion Bearing Analysis,Capable of resolving down to 2.5 Angstroms!,7,光纤浓度传感器,入射光束中的一部分光线,由于其入射角小于临界角而折射进人溶液之中,其反射光通量很小,因此在光电接收器件CCD的接收面上形成了“暗区”; 入射光束中的另一部分光线,由于其入射角大于临界角而产生全反射,从而在光电器件CCD的接收面上形成了“亮区”。亮、暗区的交界线位,取决于临界角的大小,亦即与被测溶液的浓度(或者说折射率)相对应。当被测溶液的浓度变化时,亮、暗区交界线在CCD上的位置也发生变化。据此就可以测得溶液浓度。
3、,8/14,Fiber Bragg Grating (FBG) Sensors,Immune to electromagnetic Interference High resolution (0.1 ) Multiple sensors in one fiber Small (80 m thick) and flexible,FBG,Optical Fiber,Input,Transmission,Reflection,Optical Fibers,5 mm,Input,Transmission,Reflection,Fiber Bragg grating (FBG),光纤光栅型温度、应变传感
4、系统,Refraction (折射),2. Absorption (吸收),Beer-Lambdet law,I=I0exp(-kcl),Methane(沼气),Gas absorption spectrum,直接吸收式,简单、误差大,差分吸收式 单波长双光路、双波长单光路,差分技术从理论上消除了光路的干扰与光源输出光功率不稳定的影响,但系统的固有噪声无法消除,精度几百ppm。,调制技术 光源调制、气体浓度调制、吸收系数调制,调制可以通过锁相放大器或滤波器消除系统固有的噪声。,谐波检测,系统复杂,灵敏度高,10ppm,光现象里同样存在多普勒效应,当光源向你快速运动时,光的频率也会增加,表现为光
5、的颜色向蓝光方向偏移即光谱蓝移;而当光源快速离你而去时,光的频率会减小,表现为光的颜色会向红光方向偏移,即光谱红移。,双光束流量测量,应用,Doppler Effect,4. 磁光效应,Faraday effect,当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时,其偏振面发生旋转的现象称为 磁致旋光效应,又称为法拉第旋转效应。,5. 电光效应,Pockels effect,6. Elasto-Optical-Effect,7. Sagnac effect,Lengthy Commercialization Process: Fiber Optic Gyros (FOG),1975,1985,1
6、995,2005,First publication,Lab proto 0.01 /hr,First commercial applications (Boeing 777),Broader Applications: (Subsea, automotive, etc),Photo: KVH Industries,fibre optic gyroscope,光纤陀螺仪(fibre optic gyroscope)光纤陀螺 ( F O G) 是一种利用萨格奈克( S a g n a c ) 效应测量旋转 角速率的新型全固态惯性仪表。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比,优点是没有旋转部件和摩擦部件
7、,寿命长,动态范围大,瞬时启动,结构简单,尺寸小,重量轻,fibre optic gyroscope,国外中、低精度光纤陀螺已经产业化 ,高精度的光纤陀螺的开发和研制也正逐步走向成熟。美国Honeywell公司的保偏型光纤陀螺的零偏稳定性已经达到0.00038( 。) /h ,是目前报道的最高精度的光纤陀螺。,fibre optic gyroscope,光纤陀螺仪原理-Sagnac效应,光纤陀螺仪原理-Sagnac效应,各种类型的光纤陀螺, 其基本原理都是利用 Sagnac 效应 , 只是各自所采用的位相或频率解调方式不同,或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不 同,光纤陀螺仪原理-Sagnac效应,
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