光纤技术第7章1课件

1,第七章 光纤传感技术,2,光纤传感,概述 FP 白光干涉 FBG/LPFG GYRO OTHERS,3,第一节 概述,光纤传感：光为载体，光纤为媒质，感知和传输外界信号(被测量)的技术 光纤传感器始于低损耗光纤问世不久的70年代中期,4,光纤传感的基本思路,被传感参数（如外界环境因素温度、压力、辐射等）改变光纤中传输的光波的特征参量（如振幅、相位、波长或频率、偏振态、以及模式等），通过测量光纤中传输光波的特征参量的变化，以获取被传感参量的信息。这就间接实现了引起环境因素变化的相应物理量的测量。 同时，光纤也作为光波的传输媒介。 “传”、“感”合一,5,光纤传感的优点,长距离遥测 耐高温 灵敏度高、响应速度快、动态范围大 易于联网 无源性 耐腐蚀 抗电磁干扰,6,基本结构,光源、信号传输光纤、传感头、光电转换及信号处理,9,光纤传感器的分类,相位调制型：相干解调，即要有一个参考光路与传感光路相干，灵敏度高 波长调制型：频谱仪解调，可靠性高，抗干扰能力强，解调费用较高 频率调制型：利用Doppler效应，如Brillouin和Raman散射等，用于位移、速度和温度等的测量 偏振态调制型：利用磁光效应、电光效应和光弹效应等，偏振态易受振动，温度等的影响,10,按照被测对象分,光纤温度传感器 光纤应变传感器 光纤压力传感器 光纤位移传感器 光纤电流传感器 光纤陀螺仪 医用光纤传感器-折射率、血糖、血氧等,11,光纤传感器的分类,按照测量点的多少：点式、准分布式、分布式光纤传感器 点式：FP 准分布式：多点长距离FBG 分布式：光纤本身作为传感媒质，光纤上任一点的参数信息都可以获得，时间分辨率 按照测量参数的多少：单参数、多参数传感器(一般针对点式而言/偏振、多个封装),12,功能型光纤传感器,光强调制型 相位调制型 波长调制型 偏振调制型,13,光强调制型,14,15,分光束参考,平衡桥路参考,16,时域参考,由一脉冲光源，两个部分反射镜，强度调制型光纤传感器和光检测器组成 两相邻脉冲功率比值为,M:传感头的强度调制系数 L：光纤的传输系数，1-吸收系数,17,双波长参考,两束波长不同的光经过相同路径 前提： 光源光强比值恒定 光在光纤中的传输损失和波长关系不大 光检测器灵敏度在两波长相对不变,18,相位调制型,外界信号通过光纤的力应变效应、热应变效应、弹光效应及热光效应使传感光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变化，从而导致光纤中的光相位变化，以实现对光相位的调制,19,萨格奈克(Sagnac)效应,外界信号(旋转)不改变光纤本身的参数，而是通过旋转惯性场中的环形光纤，使其中相向传播的两光束产生相应的光程差，以实现对光相位的调制,20,相位调制型,光纤Mach-Zehnder干涉仪,21,相位调制型-光纤Michelson干涉仪,22,波长调制型,外界信号(被测量)通过选频、滤波等方式改变光纤中传输光的波长，测量波长变化即可检测到被测量 F-P干涉式滤光、位移式光谱选择、光纤光栅滤光技术,23,偏振调制型,偏振调制：外界信号(被测量)通过一定方式，使光纤中光波的偏振面发生偏转(旋光)或产生双折射，导致光的偏振特性变化，通过检测光偏振态的变化获取外界信息。 主要利用光纤的磁光效应、弹光效应等物理效应,24,磁光效应,磁致旋光效应(法拉第效应)，是指某些物质在外磁场的作用下，能使通过它的平面偏振光的偏振方向发生旋转 旋转角 光束正反两次通过法拉第材料后的总偏振转角不为零，而是两次旋转角的叠加，即2。,25,弹光效应,应力应变引起双折射的物理效应 应变折射率变化光相位变化 为物质常数，为施加的应力，弹光材料的长度为l,26,偏振调制型,探测器不能直接探测光的偏振态，需要将光偏振态的变化转换为