光纤应变传感器ppt课件.ppt

主要内容 一 光纤传感的应用领域二 光纤传感的分类三 光纤传感的研究现状 被测量 温度 1 压力 2 流量 3 位移 4 振动 5 转动 6 弯曲 7 液位 8 速度 9 加速度 10 声场 11 电流 12 电压 13 磁场 14 辐射 15等各种物理量 传感技术的应用领域 6 1传感技术应用领域 传感技术的现状 6 2传统的传感技术6 3光纤传感技术 6 2传统的传感技术 传统的传感器是以应变 电量为基础 以电信号为转换及传输的载体 用导线传输电信号 因此 使用时受到电磁场和环境的影响 如环境湿度太大可能引起短路 特别是高温和易燃 易爆环境中易引起火灾等等 另外 由于自身因素的限制 不能实现长期实时监测 四川宜宾南门大桥断裂成三截 2001年11月07日凌晨 时 分至 时许 四川宜宾市金沙江南门大桥两端先后发生断裂 两辆汽车坠入江中 一艘小船被毁 已知 人失踪 人受伤 市区南北公路交通和部分通讯中断 6 3光纤传感器分类与研究现状 分类 一 按传感系统结构分类二 按被测量分类 6 3 1光纤传感器按结构分类 光强调制型光纤应变传感器偏振型光纤应变传感器相位调制型光纤应变传感器 6 3 2光纤传感器按被测量分类 光纤应变传感器光纤温度传感器光纤电压 电流传感器光纤流量传感器 6 3 2光纤传感器按应用领域分类 工业用光纤传感器农业用光纤传感器军事业用光纤传感器水利用光纤传感器食品工业用光纤传感器建筑工业用光纤传感器消防用光纤传感器医疗用光纤传感器 6 3 3光纤传感器按结构分类 光强调制型光纤应变传感器偏振型光纤应变传感器相位调制型光纤应变传感器 光强调制型光纤应变传感器 最大测量范围为3000 20 最高分辨率为25 24 图1 2微弯型光纤应变传感器图1 3蚀刻型光纤应变传感器Fig 1 2Microbendfiber opticstrainsensorFig 1 3Etchedfiber opticstrainsensor 偏振型光纤应变传感器 图6 5偏振光纤应变计Fig 6 5Polarimetricopticalfiberstraingauge最大测量范围 34 为1200 分辨率为5 相位调制型光纤应变传感器 麦克尔逊 Michelson 干涉型光纤应变传感器马赫 曾德尔 Mach Zehnder 光纤应变传感器法布里 珀罗 Fabry Perot简写为F P 光纤应变传感器光纤光栅传感器 常用相位调制型光纤传感结构 a 麦克尔逊干涉仪c 法布里 珀罗干涉仪a Michelsoninterferometerc Fabry Perotinterferometerb 马赫 曾德尔干涉仪d 塞格奈克干涉仪b Mach Zehnderinterferometerd Sagnacinterferometer图6 6各种光纤干涉仪 麦克尔逊 Michelson 干涉型光纤应变传感器 图6 7麦克尔逊光纤应变传感器结构Fig 6 7Fiber opticsensorstructureofMichelson最大测量范围 36 达1500 最高分辨率达2 马赫 曾德尔 Mach Zehnder 光纤应变传感器 6 8马赫 曾德光纤应变传感原理结构Fig 6 8TheprinciplestructureofMach Zehnder sstrainsensor最大测量范围为1200 最高分辨率为2 法布里 珀罗光纤应变传感器 图6 9F P型光纤传感器的原理Fig 6 9PrincipleofF Pfibersensor图6 10光纤本征F P腔应变传感器图6 11光纤非本征F P腔应变传感器Fig 6 10IntrinsicF PcavitystrainsensorFig 6 11ExtrinsicF Pcavitystrainsensor 常用相位调制型光纤传感结构 a 麦克尔逊干涉仪c 法布里 珀罗干涉仪a Michelsoninterferometerc Fabry Perotinterferometerb 马赫 曾德尔干涉仪d 塞格奈克干涉仪b Mach Zehnderinterferometerd Sagnacinterferometer图6 12各种光纤干涉仪 1990 1996 单F P腔 双F P腔 F P 光纤光栅 简化制作工艺减小体积 消除干扰 2002 6 4F P传感器的发展 a 光纤与被测表面 b 单模与多模光纤d 多 单 模光纤与金属丝双腔结构 图6 12常用的F P结构 6 5光纤F P应变传感器目前存在的问题 系统线性范围小 线性度差 分辨率低光纤传感器抗震动能力差制造工艺不完善 没有实现产品化 标准化 系统线性范围小 分辨率低 图6 13F P干涉动态工作特性Fig 6 13dynamicpropertiesofF Pinterference 光纤传感器抗震动能力差 由于光纤本身对振动极为灵敏 以至于任何小的环境震动都会引起系统信号的变化 这也是光纤传感器实用化的主要障碍 由于光纤传感器的光源波长是微米级 而环境振动和温度和热膨胀也在这个数量级以至今造成无法分清所测的信号是由被测信号的变化还是由环境变化所造成的 制造工艺不完善 没有实现产品化 标准化 a 光纤与被测表面b 单模与多模光纤a Opticalfiberandmeasuredobjectb Singlemodeandmultimodeopticalfiberc 多模与多模光纤d 多 单 模光纤与金属丝c Multimodeandmultimode