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1、光纖傳感器 原理及應用主要內(nèi)容概論光纖傳感器原理光源光探測器光信號檢測技術特殊光纖典型應用第一講概論傳感器將待測量對象的狀態(tài)變換為可處理信號的器件或裝置。可以實現(xiàn)信息檢測、轉換和傳輸。從字面上講可比做人感知自然界物理現(xiàn)象的器官。從工程技術上講，指檢測被測物體某種信息的儀器。它是感知、獲取、檢測和轉換信息的窗口，處于研究對象與傳輸處理系統(tǒng)的接口位置。傳感器是現(xiàn)代科學技術開拓的先鋒在信息時代，人類的認識和活動范圍在空間和時間上將向無限、極端和嶄新領域拓展。各種關鍵工程的開發(fā)，首先就要有能傳感各種強、高、弱
2、、微和邊緣效應的傳感器，這些特殊領域的突破將給人類科學技術帶來不可估量的進展，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。傳感器技術利用各種功能材料實現(xiàn)信息檢測的一門應用技術。傳感器技術是檢測原理、材料科學和工藝加工三個要素的最佳結合，在發(fā)達國家被列為核心技術之一。傳感技術的提高，在很大程度上有賴于揭示物理現(xiàn)象的研究和材料技術的發(fā)展。光纖傳感器(FOS-FiberOpticSensor)以光纖作為功能材料的傳感器。以光學技術為基礎，將被敏感的狀態(tài)以光信號的形式取出。101107102106103105104104105103
3、10610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長，m頻率，Hz電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無線電FM無線電通信波段劃分及相應傳輸媒介頻段劃分傳輸介質(zhì)光纖光通信的特點波長短，載頻高寬帶寬大容量能量集中器件尺寸小功耗低光纖的特點損耗低，0.2dB/km良好的傳光性能頻帶寬，傳輸容量大，400nm，50THz可塑性好
4、；本身就可以作為敏感元件重量輕，體積小，27g/kmfiber資源豐富，石英抗電磁干擾，不易串音，抗雷擊，通信質(zhì)量高防爆性能好…...光纖傳感器的優(yōu)點靈敏度高，抗電磁干擾，耐腐蝕，防爆。無源器件，不干擾被測場。結構簡單，體積小，重量輕。便于和計算機連接，可以實現(xiàn)分布式傳感和遙測技術:在整個光纖長度上能連續(xù)的獲得被測量的響應，傳統(tǒng)的幾百個點傳感器陣列可以用一條光纖取代。頻帶寬，動態(tài)范圍大。幾何形狀具有多方面的適用性，便于組合系統(tǒng)，可以組成任意形狀的FOS或FOS陣列，并且可與計算機連接，實現(xiàn)多功能及智能
5、化。光纖傳感器的工作原理及其分類1.基本工作原理將光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制區(qū)，在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界被測參量與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用，由于光纖中的模態(tài)損耗和相位能夠隨著彎曲、微彎、壓力、拉力、溫度以及其它環(huán)境因素的變化而變化，從而使光的光學性質(zhì)，如強度、波長、頻率、相位和偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號光，再經(jīng)過光纖送入光探測器，并經(jīng)過解調(diào)而獲得被測參數(shù)。光纖傳感器的基本構成光源：LD,LED,白熾燈，激光器等信號調(diào)制：待測參量引起光信號強度、波長、頻率、相位或偏振態(tài)的變化。光探測器：PIN,APD,CC
6、D,光電池等。信號處理：電路、計算機、單片機，計算機系統(tǒng)等。光源信號調(diào)制光纖光纖光探測器信號處理外界參量2.光纖傳感器的分類按照傳感原理進行劃分傳光型光纖傳感器：光纖不連續(xù)，其間有中斷，中斷部分要接上其它介質(zhì)的敏感元件，可以充分利用已有傳感技術的優(yōu)點。傳感型光纖傳感器：“傳”和“感”合為一體，光纖連續(xù)，減少了耦合，但是往往需要特殊光纖。按照調(diào)制原理進行劃分強度調(diào)制光纖傳感器：光纖中光強度變化波長調(diào)制光纖傳感器：光纖中光波長變化偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器：光纖中光偏振態(tài)變化相位調(diào)制光纖傳感器：光纖中光相位變化
7、頻率調(diào)制光纖傳感器：光纖中光頻率變化時分調(diào)制：利用外界因素調(diào)制返回信號的基帶頻譜，通過檢測基帶的延遲時間、幅度大小的變化來測量外界物理量的大小和空間分布。按照檢測對象進行劃分溫度傳感器壓力傳感器位移傳感器流速傳感器輻射傳感器氣體傳感器光譜傳感器……….傳感器的設計原則1.優(yōu)良的變換功能動態(tài)范圍廣單純的變換關系信噪比高重復性好時間穩(wěn)定性好靈敏度高2.探測信號的質(zhì)量好便于信號處理容易傳輸信號特性參數(shù)隨時間的變化小，測量的重復性好，沒有滯后和老化現(xiàn)象。3.與待測信號間的匹配性能好不干擾目標狀態(tài)可以充分承受目
8、標的環(huán)境抗干擾性能好4.總體要求體積小輕便故障率低能夠大批量生產(chǎn)，價格便宜堅固耐用，機械性能好耐化學腐蝕、耐熱性能好，無危害性，無公害…….光纖傳感器的發(fā)展概況及其展望1.發(fā)展概況70年代中期，人們開始意識到光纖不僅具有傳光特性，且其本身就可以構成一種新的直接交換信息的基礎，無需任何中間級就能把待測的量與光纖內(nèi)的導光聯(lián)系起來。1977年，美國海軍研究所(NRL-NationalNovelResearchLaboratory)開始執(zhí)行光纖傳感器系統(tǒng)計劃光纖
