各类光纤传感器在测量方面的应用实用教案

1、光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入(jnr)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、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。光纤传感器1.前言(qin yn)第1页/共18页第一页，共19页。 光纤传感器与测量技术是仪器仪表领域新的发展方向由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点，所以近几年来，光纤传感器与测量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向，而新型光纤传感器不外乎有以下特点：光纤传感器具有优良的传光性能，传光损耗(snho)很小，目前损耗(snho)能达到

2、0.2dB/km的水平。光纤传感器频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好。光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源韦富、抗电磁干扰，抗腐蚀、耐高压、电绝缘性能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗(snho)低等特点。同时，它还便于与计算机相连，实现智能化和远距离监控。对传统的传感器起到扩展提高的作用，不少情况下能够完成前者很难完成甚至不能完成的仟务。第2页/共18页第二页，共19页。正是由于光纤传感器具有许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的问题，故自从它问世以来，就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工

3、、民用建筑以及航空航天等各个领域。值此，将讨论光纤传感器在石油化工领域应用，即油库油罐液位、温度信号实时(sh sh)监测系统中的设计方案。正因该监测系统应用了光纤液位传感器、光纤温度传感器及光纤液位报警器。第3页/共18页第三页，共19页。2、光纤传感器组成与类型(lixng)光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线，通过接口进入光纤，然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微处理器进行信息处理。概括光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和光探测器两个重要部件，见图1所示。 光纤传感器一般分为两大类

4、：一类是传光型，也称非功能型光纤传感器;另一类是传感型，或称为功能型光纤传感器。前者多数使用多模光纤，以传输(chun sh)更多的光量;而传感型光纤传感器，是利用被测对象调制或改变光纤的特性，所以只能用单模光纤。第4页/共18页第四页，共19页。3、测量(cling)用的光纤传感技术位图2(a)为半导体吸光型(传光型)光纤温度传感器示意图。将一根切断的光导纤维装在细钢管内，光纤两端面间夹有一块半导体感温薄片(如GaAs或InP)，这种半导体感温薄片透射光强随被测温度而变化。因此，当光纤一端输入一恒定光强的光时，由于半导体感温薄片透射能力(nngl)随温度变化，光纤另一端接收元件所接受的光强也

5、随被测温度而改变。于是通过测量光探测器输出的电量，便能遥测到感温探头2(b)处的温度。 3.1光纤温度传感器-传光型光纤温度传感器第5页/共18页第五页，共19页。3.2具有(jyu)双金属片的光纤温度传感器双金属片：由两种不同热膨胀系数的金属片粘合在一起(yq)组成。 l xhTKlxD=2T:温度变化温度变化 l：双金属片长度：双金属片长度(chngd)K：常数：常数第6页/共18页第六页，共19页。光纤束光纤束双金属片遮光板温度温度050光透射光透射率率其他的温度(wnd)测量传感器第7页/共18页第七页，共19页。光纤温度开关水银柱式光纤温度开关1 自聚焦透镜(tujng)；2 光纤；

6、3 水银第8页/共18页第八页，共19页。3.3光纤液位传感器基于全内反射原理，可以设计成光纤液位传感器。光纤液位传感器由以下三部分组成：（1）接触液体后光反射量的检测器件即光敏感元件;（2）传输光信号的双芯光纤;（3）发光、受光和信号处理的接收装置。这种传感器的敏感元件和传输信号的光纤均由玻璃纤维构成，故有绝缘性能好和抗电磁噪声(zoshng)等优点。 第9页/共18页第九页，共19页。单光纤液位传感器结构(jigu)1 光纤；2 耦合器第10页/共18页第十页，共19页。3.4光纤压力传感器 Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如图。在Y形光纤束前端放置(fngzh)一感压膜片，当膜片受压

7、变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。第11页/共18页第十一页，共19页。3.5、光纤加速度传感器输出(shch)光纤支架(zhji)悬臂(xunb)光纤质量块阻尼油输入光第12页/共18页第十二页，共19页。传感器主要由入射光纤、接收光纤、发光驱动电路、光电转换电路、比值运算电路等组成。其中入射光纤不但提供入射光,而且它本身又相当于悬臂梁和敏感质量块,当加速度作用(zuyng)于传感器的壳体时,入射光纤必然受到一个与加速度成比例的惯性力的作用(zuyng),使入射光纤产生挠曲变形,两个接收光纤所接收的光强也随之发生变化,经过加、减及比值运算,从而产生一个与所受加速度成比例的输出信号。第13页/共18页第十三页，共19页。一维光纤加速度传感器光纤加速度传感器结构(jigu)简图第14页/共18页第十四页，共19页。第15页/共18页第十五页，共19页。第16页/共18页第十六页，共19页。第17页/共18页第十七页，共19页。感谢您的观看(gunkn)！第18页/共18页第十八页，共19页。NoImage内容(nirng)总结光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号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、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号