光电传感与检测第六章课件

光纤传感与检测技术,1、应用 测量多种物理量: 声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等 。 优异的性能: 抗电磁干扰，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能: 耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等。 传感灵敏度高: 特殊环境下可以与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统。 军用光纤传感器 : 光纤陀螺,光纤水听器，光纤加速度传感器，光纤压力传感器 2、光纤结构,3 、 光纤的特点,1)光纤有良好的传光性能，它对光波的损耗目前可低到0.2dB/km，甚至更低； 2)频带宽，信息量大 3)光在光纤中传输时，光的特性如振幅、相位、偏振态等将随检测对象发生变化而相应变化 4)光纤电绝缘性能好，它不受电磁干扰 5)光纤极细，可塑性好。光纤的总直径为100200m，可放置在在小孔和缝隙等被测场点,4、光纤分类 纤芯折射率分布的不同，阶跃折射率型光纤和梯度折射率型光纤 . 光纤传输特性的不同，光纤又分为单模光纤和多模光纤。,单模光纤采用固体激光器做光源，纤芯较细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高。 多模光纤采用发光二极管做光源。芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较低。,光纤传感器构成框图,5 、光纤传感器的分类,（1） 按光纤在传感器中所起的作用: 功能型光纤传感器（FF）和非功能型光纤传感器（NF） （2）按测量对象：光纤温度传感器、光纤压力传感器、光纤流量传感器、光纤电流传感器、光纤磁场传感器、光纤应变传感器、光纤位移传感器等 （3）按被调制的光波参数：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、波长调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器和时分调制型光纤传感器等,强度调制光纤传感器 改变光纤的几何形状，从而改变光线的传播入射角； 改变光纤纤芯或者包层的折射率。 导致接收光纤中的光强度变化来实现敏感测量。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测。,光纤微弯压力传感器原理,偏振调制光纤传感器,Bragg光纤光栅技术,Bragg光纤光栅,通过激光照射，光纤的折射率随光强的空间分布发生相应变化，使其内部折射率呈周期性分布，形成的空间相位光栅，经处理后可长期保存. 其实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。,检测的物理量: 温度、应变、位移、压强、扭角、加速度、电流、电压、磁场、频率及浓度等。,光纤压力传感系统设计,光纤微弯液位传感器结构示意图,光纤微弯液位传感系统结构框图,LED光谱特性,电流放大型变化电路,LED光谱较宽(约40nm)，但色散度大，且它发射的光是非相干光，只能与多模光纤耦合。,发射电路,前置放大电路,巴特沃斯四阶有源低通滤波器电路,光纤安防振动传感系统设计,光纤安防振动传感系统示意图,无外界干扰时，光在传感光纤中的传播,振动或运动干扰时，光在传感光纤中的传播,压力干扰时，光在传感光纤中的传播,（1）Sagnac效应 当环形光路相对于惯性空间有一转动速度时，顺时针光路和逆时针光路之间形成与转速成正比的光程差L,Sagnac效应和转动光程表,Sagnac型光纤振动传感器,扰动作用的光纤长度为l，则其产生的相位变化,两束光回到耦合器处的干涉发生变化，而这种变化就可被光电探测器监测到，它将这种变化转变