塑料光纤传感器.ppt

1、塑料导光纤维传感器、塑料导光纤维(polymer optical fiber，简称POF )是高折光率聚合物材料由芯和低折光率聚合物材料包层构成的导光纤维。 塑料导光纤维的聚合物核心材料主要应用于PMMA、PS、PC等最成熟、最广泛的应用(导光纤维传感、局域网、导光纤维到家庭、照明等)和汽车、军事，主要是低损耗的PMMA塑料导光纤维。光缆实物图，11-11-2007，Dasheng POF，3，塑料光纤与其他传输介质相比，1964年美国杜邦开始研究，随后日本、德意志、法国、韩国等相继1980年以来，低损耗塑料光纤的基础和应用研究日益活跃，进入商业应用。塑料导光纤维的工作原理、类型、二塑料导光纤

2、维的制造、特性、三塑料导光纤维传感器、主要内容、一塑料导光纤维的工作原理、类型、灰水晶导光纤维以及塑料导光纤维的传输也利用光的全内反射原理、光纤芯是光密介质， 包层是光稀疏的，塑料光纤的结构图、塑料光纤的芯材和皮材需要满足以下条件： (1)两者都是透明的非晶质体聚合物，具有耐高温度和强韧性(2)两者的折光率的差，为了确保一定的受光角，n芯-n块0 核心材料主要为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )和聚丙乙烯(PS )。 (1)低损耗塑料导光纤维由于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )含有大量pH键，产生间谐波和电子跃迁损耗，固有损耗主要依赖于分子振动吸收和瑞利散射，其损耗不能显着降低。 重氢置换CH中的h

3、是降低损失的重要手段，重氢化的主要作用是降低分子振动吸收，重氢化度越高损失水平越低。 氘代单体的聚合速度慢，聚合物的内部应力小，氘代也能够降低瑞穗散射。 塑料导光纤维的类型，(2)耐热塑料导光纤维的一般塑料导光纤维耐热性不高，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )和聚丙乙烯(PS )芯材的长期使用温度在80以下，无机导光纤维至少可以在100以上的温度下使用。 因此，提高塑料光纤的耐热性成为塑料光纤的研究热点之一。 作为提高塑料导光纤维耐热性的方法，有在塑料导光纤维上涂布或涂布保护层，防止氧在芯材中传播，防止芯材在高温下氧化，在某种程度上阻碍塑料导光纤维变形的方法的清洗法，芯皮材用溶剂清洗，残留单体

4、前两种方法都是辅助方法，只有第三种方法是最有效的方法。 (3)耐湿塑料光纤塑料光纤比无机光纤容易吸湿，但水加强了芯材聚合物CH的振动吸收，增大了光纤的损耗。 通过将脂肪环、苯环及长链烷基化学基导入芯材聚合物中，可以提高塑料光纤的耐湿性。 另外，通过改善包层或增加包层数，也可以改善塑料光纤的耐湿性。 (4)荧光塑料光纤荧光塑料光纤在芯材中配合一定量的荧光剂，向其入射端面输入特定波长的光，该光被荧光剂吸收后，发出其他特定波长的光，从塑料光纤射出端面输出。 荧光塑料光纤可以制作特殊的光纤传感器，也可以制作成功率放大器。(5)非线性塑料导光纤维将偶极性有机材料和芯材混合，用垂直头挤制成型，在模附近表兄

5、弟设置高直流电场，这样粘流化态聚合物中的偶极性有机物获得了电场取向，随着粘流化态聚合物的蒸发制冷成型，非线性有机材料双极取向固定，获得了非线性塑料导光纤维。 这种非线性塑料光纤可以制作电光和非线性光学去老虎钳，是一种新型的塑料光纤。 (1)棒管法是将光纤的芯材和鞘材分别制成严格整合的棒和管，通过加热和抽真空将两者牢固地复合制成丝。 最常用的是界面凝胶共聚合法。 二塑料导光纤维的制造、特性、一塑料导光纤维的制造、(2)共挤出法所谓的共挤出法工艺在引出塑料导光纤维的过程中使用两台挤出机：一台挤出机芯材、另一台挤出机鞘材、两台挤出机在同一模具中熔融挤出成型， 缠绕，塑料光纤挤塑机，(3)涂层法涂层法

6、是将挤出芯通过护套材料的溶液，除去溶剂后，将护套层包在芯层中制成光纤的方法。 涂层法工艺流程图，(4)连续聚合纺丝法连续聚合纺丝法是目前最先进的导光纤维纺丝工艺，其先进性从单体聚合到纺丝成型都在密封系统内进行，大大减少外界环境污染，大幅度提高导光纤维的透光率，其工艺流程如图所示。 连续聚合纺丝法的工艺流程图，(1)光学特性，(2)塑料导光纤维的特性，塑料导光纤维为纤维状长链分子，单体聚合，难以实现密度均匀性，造成很大的光学损失。 典型地，塑料光纤的光学吸声系数处于0.0080.0018/cm之间，而光学损耗值处于2002000dB/km之间。 (2)机械性能的塑料导光纤维柔软性好，1mm粗细的

7、塑料导光纤维以曲率半径6mm弯曲180次100次，塑料导光纤维无损伤，透射率也无变化。 实验表明，即使塑料光纤的曲率半径大于塑料光纤直径的3倍，透射率也没有大的变化。 (3)温度性能使用温度一般低于100。 温度低于-40时，塑料光纤会变硬变脆。 由于塑料导光纤维的熔点低，玻璃导光纤维容易劣化；(4)化学性能塑料导光纤维的化学稳定性差，在化学药剂(丙酮、冰乙酸乙基或苯)的侵蚀下容易着色、变质或劣化，光学性能受到很大影响。 (1)优势塑料光纤与灰水晶光纤相比，在高速短距离通讯网络中具有显着的竞争优势，特别是在1001000 m范围内有几个千兆赫兹的带宽，成本相当于对应电缆。 在云同步，塑料光纤具

8、有加工容易，弯曲性能好，可以制造大纤芯直径(051 mm )、大数值孔(NA)(0305 )的光纤，可以采用注射连接器，其连接、分支简单，操作简单，价格相对便宜国际市场分析形成了一个新的研发无线热点，塑料导光纤维每年以20多个的速度增长，预计到201年全球塑料导光纤维的销售额将达到数十亿美元。 3塑料导光纤维的优缺点，(2)缺点塑料导光纤维的缺点主要是衰减大、带宽狭窄、耐热性差，所以各国研究者都在不断努力，不断改善塑料导光纤维的不足，特别是以降低衰减、提高带宽、提高耐热性和机械性能等为研究重点。 据报道，在纤芯和包层中使用非晶质体聚四拉夫领氟乙烯时，塑料光纤可以在285个环境中使用。 塑料材料

9、的弹性杨氏模量比灰水晶光纤小2位数，因此其弯曲、抗拉性能远远优于灰水晶光纤。 另外，塑料导光纤维的传输性能与机械性能有密切的关系，但将塑料导光纤维沿纵向拉伸10倍，其衰减的增加程度在0.1 dBkm以下。 因此，塑料光纤具有良好的扩展性能，弯曲半径也相对较小，最适合将大厦局域网(LAN )内的光纤安装到用户中。三塑料导光纤维传感器、导光纤维传感器是在光传播导光纤维时受到被测量对象的影响而使光的强度、波长、相位、偏振光或频率等残奥仪表发生变化，通过检测受光光的各残奥仪表来检测或控制被测量的传感器。 具有光纤及光学测量的特点：电绝缘性能好，电磁干扰作用强，非侵入性高灵敏度被测量信号的远程监视变得容

10、易。 塑料光纤支持狭窄的空间检查，具有高灵活性，容易弯曲，可以在需要卷绕和往复运动的场所使用。 塑料光纤比较廉价，可以现场切割塑料光纤与灰水晶光纤相比，对温度的急剧变化、化学药剂及溶液的影响更敏感。 1塑料导光纤维传感器简介、塑料导光纤维传感器作为一种新的导光纤维传感器，除了具有导光纤维传感器的普遍优点外，由于塑料导光纤维本身的特性，与灰水晶导光纤维传感器相比，具有以下优点：数值孔径较大， NA可使用0.30.5光源与接收老虎钳耦合效率高、端面处理简单、连接简单、价格便宜的射出连接器，系统成本低。 聚合物材料的多样性，有机材料的修饰和掺杂容易。 (选择项广)包括许多聚合物材料和生物材料相容，生

11、物传感的安全性好。 材料的温度和力学易感性高，断裂强度高，柔软性好，适用于弯曲和粗糙的环境。 塑料导光纤维传感器包括温度传感器、压力、位移传感器、气体、液体浓度传感器、生物传感器等，其中许多传感器在环境污染监测方面有很好的应用前景。 目前，国外大型传感器生产企业如凯恩斯、波纳、OMRON、SUNX等公司和福摩萨RIKO、WDOE公司发布了塑料导光纤维传感器，使用各种塑料导光纤维达到了他们的目的。 例如，邦纳公司使用的塑料导光纤维是特氟龙封装的塑料导光纤维，可以用于高温、腐食性等苛刻的工业环境，例如半导体芯片加工、食品加工、商业清洗等。 高温型可在环境温度-30125的范围内使用。 2塑料导光纤

12、维传感器及其应用、(1)放射性射线检测、最近日本帝人化成有限公司公布了塑料导光纤维的发明成功。 当该塑料导光纤维暴露于辐射环境时，发出蓝光，这将产生更低成本的辐射探测器。 也可用于医用装置。 (2)生物医药和化学传感、塑料光纤在生物医药和化学传感方面有两个优势。 一个是与被测介质有良好的相容性，另一个是光纤材料有广泛的选择性，即容易发现具有合适的折光率和特定功能的塑料光纤材料。 用于生物医药和化学传感的主要效应是湮没场效应、吸收效应和色度效应。 构成用于通过瞬逝电场效应测定水处理液污染程度的光纤传感器。 构成利用吸收效果检测界面激活剂溶液中临界生物凝胶浓度的传感器。 构成利用色度效应检查食管癌

13、的传感器。 (3)工程结构安全和材料断裂监测，工程结构安全监测塑料导光纤维传感器可用于工程结构安全监测，复合材料结构特性(如强度和硬度)变化监测等，经济实用，强度调制型多，结构谐振频率、模态、阻抗等材料断裂分析和试验塑料导光纤维用于土木结构断裂和断裂监测时，在其拉伸和耐酸碱性方面优于灰水晶导光纤维，具有良好的动态范围和化学稳定性。 冲击损伤检测塑料光纤传感器可以用来检测在碳纤维增强复合材料的结构中的冲击损伤。 用不同的冲击能量测定碳纤维布强化环氧树酯悬臂南朝梁的动力响应。(4)在环境监测、农业、生物和医学的应用中，对环境要素，如大气湿度、露点、PH值、特殊瓦斯气体(氧、二氧化碳、一氧化碳、瓦斯

14、气体、甲烷等)的精确监测、控制是非常重要的，塑料导光纤维传感器在这些个方面非常有用。 大气湿度传感器塑料光纤大气湿度传感器的工作原理：利用材料吸收水分后光学性能的变化测量大气湿度，包括光谱的变化、折光率的变化等。 利用光谱的变化。 利用折光率的变化。 露点传感器应用于气象监测、农作物大气湿度检测、食物水分子及水分子的评价等领域。 氧传感器塑料光纤传感器可以用于连续监测氧和溶解氧。 其原理基于材料激发态磷光寿命和氧含量的关系，可重复利用导光纤维中的渐逝场效应，由导光纤维输出光强度的变化监视屏氧含量. 塑料导光纤维应用前景、塑料导光纤维作为短程通讯网络的理想传输介质，在未来家庭智能化、办公自动化、

15、工业调控网络化、车载通讯网络、军事通讯网络数据传输中具有重要地位。 通过塑料导光纤维，我们可以实现斯玛特家电(家用PC、HDTV、电话、数字成像形成设备、家用安全设备、空调、冰箱、音响系统、烹饪用电器等)的网络，实现家庭自动化和远程控制管理，提高生活质量。 通过塑料导光纤维，可以实现办公设备的联网。 例如，计算机网络可以实现计算机的并行处理。 办公室设备之间的高速数据传输大大提高了生产率，如果远程办公室低速站结构域网络的数据速率低于100Mbps，可以实现100米范围内的传输用SI型塑料光纤150Mbps，50米范围内的传输用小孔径加POF实现了有线局域网、塑料光纤的家庭应用，塑料光纤广泛应用

16、于制造工业。 通过变换器，塑料光纤可以耦接到标准连接协议接口(如RS232、RS422、100Mbps以太网、令牌网等)，从而在苛刻的工业制造环境中提供稳定可靠的通讯线路。 可高速传输工业控制信号和指令，避免使用金属电缆线路引起的电磁干扰作用造成的通信传输中断的危险。 在汽车应用领域，塑料导光纤维可以用来制作特殊的传感器，在发生交通事故的情况下，通过导光纤维的弯曲程度，检测汽车的哪一部分与行人碰撞到冲击力的大小，启动致动器，减轻对碰撞到的行人的碰撞力，减轻交通事故中的人的死亡率和受伤程度、11-11-2007、Dasheng POF、46、塑料光纤在汽车上的应用、光纤多路数据通讯系统。 塑料光

17、纤可以用于车载通讯视听系统。 车载机通讯网络和操纵系统构成一个网络，将微型计算机、卫星导航仪表设备、大哥大、竖中指等外围设备纳入整个火车机车的设置修订。 旅客还可以通过塑料导光纤维网在座位上享受音乐、电影、电玩游戏、购物大头针、网际网络等服务。 导光纤维传感器导光纤维照明系统，11-11-2007，Dasheng POF，47，塑料导光纤维在汽车上的应用动力和理由，汽车自动化电子化的程度越来越高，设备之间连接电子线路的电缆越来越多，又粗又复杂，布线更困难又费用更高。 汽车制造厂对光纤多径效应数据网络链接非常感兴趣，以减少汽车重量和体积，提高安装自由度。 随着车载导航仪系统的迅速发展、信息量的增加，为了提高安全性能，汽车制造厂加快了气囊和传感器的采用，正在车内处理更多的信息。 作为信息传输的途径，汽车制造厂开始使用塑料导光纤维建构车内局域网(LAN )。目前，世界上有100多万辆汽车安装塑料导光纤维，这种趋势持续上升，11-11-2007，Dasheng POF，48，塑料导光纤维的重要特点，轻量纤芯直径大，易于连接，柔软性好，寿命长(数百米数) 11-11-2007、Dasheng P