《传感器》-5.光纤传感器的分类

东营科技职业学院知识点四：光纤传感器分类

(1)功能型传感器(FunctionFiberOpticSensor),又称FF型光纤传感器,利用光纤本身的特性,把光纤作为敏感元件,所以又称传感型光纤传感器。(2)非功能传感器(Non-FunctionFiberOpticSensor),又称NF型光纤传感器,是利用其他敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为光的传输介质,用以传输来自远处或难以接近场所的光信号,因此,也称传光型光纤传感器。1.从测量类型来分,光纤传感器一般可分为两大类。

光纤传感器分类

光强调制在光纤传感技术是相对简单,用得最广泛的一种方法。基本原理是利用外界信号(被测量)的扰动改变光纤中光的强度,再通过测量输出光强度的变化来实现对外界信号的测量,进行调制。2.从光纤传感器的传感机理来看,可分为光强调制型、光频率调制型、光相位调制型、偏振调制型和光波长调制型五种。(1)光强调制型光纤传感器

光纤传感器分类

图7-53所示是微弯光纤传感器,光纤的弯曲能够使光从纤芯射入包层而产生损耗。微弯光纤传感器就是根据光纤弯曲(微弯)时纤芯中的光注入包层的原理研制成的。这类传感器的敏感元件是由一个能引起光纤产生微弯的变形器。变形器如一对错开的带锯齿槽的平行板。

(1)光强调制型光纤传感器

光纤传感器分类光纤被夹在一对锯齿板中间,当光纤不受力时,光线从光纤中穿过,没有能量损失。当锯齿板受外力作用而产生位移时,光纤则发生许多微弯,原来光束以大于临界角θc的角度θ1在纤芯内传输为全反射,但在微弯处θ2＜θ1,一部分光将逸出,散射入包层中。当受力增加时,光纤微弯的程度也增大,泄漏到包层的散射光随之增加,纤芯输出的光强度相应减小。因此,通过检测纤芯或包层的光功率,就能测得引起微弯的压力、声压,或检测由压力引起的位移等物理量。(1)光强调制型光纤传感器

光纤传感器分类

光频率调制光纤传感器是利用由被测对象引起的光频率的变化来进行监测的传感器。通常有利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的速度、流速、振动、压力、加速度光纤传感器;利用物质受强光照射时的拉曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器。

光的频率调制主要是指光学多普勒频移。从物理学知,光学中的多普勒现象是指由于观察者和目标的相对运动,使观察者接收到的光波频率产生变化的现象。

(2)光频率调制型光纤传感器

光纤传感器分类

设一频率为f的静止光源的光入射到速度为v的运动物体上时,从运动物体上观测的频率为f1,则f1与f之间的关系为(2)光频率调制型光纤传感器

一般最关心的还是运动物体所散射的光的频移,而光源与观察者则是相对静止的。对于这种情况,可以作为一个双重多普勒频移来考虑。即先考虑从光源到运动物体,然后再考虑从运动物体到观察者,如图7-54所示。

光纤传感器分类双重多普勒频移方程表示为(2)光频率调制型光纤传感器

光纤传感器分类

光相位调制的基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播常数发生变化,而导致光的相位变化,使两束单色光所产生的干涉条纹发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量,从而得到被测对象的信息。

(3)光相位调制型光纤传感器

光纤传感器分类

例如,光信号在光纤内传播的相位随温度参数的改变而改变,该改变是由于光纤材料的尺寸和折射率随温度的变化而引起的。相位变量为(3)光相位调制型光纤传感器

光纤传感器分类

可见,只要测出相位的变化就可测出温度的变化。利用光相位调制开发了各种干涉仪,常用的干涉仪主要有４种:迈克尔逊干涉仪、赛格纳克干涉仪、马赫-泽德干涉仪和法布里-珀罗干涉仪,如图7-55所示。(3)光相位调制型光纤传感器

光纤传感器分类

光偏振调制是指,外界信号通过一定的方式使光纤中光波的偏振面发生规律性偏转或产生双折射,从而导致光的偏振特性改变,通过检测光偏振状态来检测被测量的变化。(4)光偏振调制型光纤传感器

光纤传感器分类

外界信号通过选频、滤