传感器与检测技术第九章.ppt
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1、2019年6月17日星期一,第9章 新型传感器,2019年6月17日星期一,2019年6月17日星期一,知识目标: (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。,教学目标,技能目标: (1)能够使用常用仪器检查两种传感器性能,判别其好坏。 (2)能够运用所学知识设计制作基本检测单元模块电路。 (3)能够对制作的模块电路进行简单的测试。,2019年6月17日星期一,情感目标: (1)养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨的工作作风。 (2)具有工作与学习良好的交流与团队合作能力。,教学重难点,教学
2、重点: 超声波的物理性质和光纤传感器的结构原理。,教学难点: 超声波的物理性质。,2019年6月17日星期一,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。,2019年6月17日星期一,光的全反射实验,2019年6月17日星期一,各种装饰性光导纤维,2019年6月17日星期一,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,2019年6月17日星期一,(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; 5PV
3、C护套,1.光纤的结构,2019年6月17日星期一,光缆的外形及光纤的拉制,2019年6月17日星期一,光的反射、折射,当一束光线以一定的入射角1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。,2019年6月17日星期一,光的全反射,当减小入射角时,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。对这个极限值时的入射角,定义为临界角c。当入射角小于c时,入射光线将发生全反射。,2019年6月17日星期一,光在光纤中的全反射,2019年6月17日星期一,光纤的类型,阶跃型:光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致,
4、称为多模光纤。,2019年6月17日星期一,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。,2019年6月17日星期一,单孔型光纤,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。,2019年6月17日星期一,(a) 传统传感器,2019年6月17日星期一,(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,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化,称为被调
5、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。,2019年6月17日星期一,(a)功能型,1)功能型光纤传感器,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,2019年6月17日星期一,优点:结构紧凑、灵敏度高。 缺点:须用特殊光纤,成本高, 典型例子:光纤陀螺、光纤水听器等,2019年6月17日星期一,光纤水听器,2019年6月17日星期一,(b)非功能型,2)非功能型光纤传感器,2019年6月17日星期一,光纤传感器外形,2019年6月17日星期一,3)拾光型光纤传感器,(c)拾光型,2019年6月17日星期一,光纤温度传感
6、器,2019年6月17日星期一,2.根据光受被测对象的调制形式进行分类,分为: 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,2019年6月17日星期一,1)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。,2019年6月17日星期一,2)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
7、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。,2019年6月17日星期一,3)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传感器。,2019年6月17日星期一,4)相位调制型光纤传感器 相位调制型光纤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。,2019年6月17日星期一,1.反射式光纤位移传感器,图9-6
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- 传感器 检测 技术 第九
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