《强度调制型1综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《强度调制型1综述（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、强度调制型 光纤传感器,Fiber Optic Sensors,光纤传感器的分类,功能型（-非功能型） 敏感元件光纤 按照被调制的光波参数 强度调制型 相位调制型 频率调制型 偏振调制型 波长调制型 按照被测对象 70余种 核心技术光调制技术,2.1 强度调制型光纤传感器机理,特点：简单，经济，可靠 缺点：精度低,2.1 强度调制方式,反射式 透射式 光模式耦合 折射率 光吸收系数,2.1.1 反射式,非功能型 原理,T=tg（sin-1NA),2d,2.1.1 反射式 contd,重叠面积占输出光纤端面百分比： 接收到的入射光功率的百分比-耦合效率：,2.1.1 反射式 contd,设计实例
2、： 已知：阶跃光纤F-d曲线， 2r200m，NA0.5， 间距 a100 m 则，F随d变化速率 0.005/ m,A,200,400,5,0,耦合效率/%,反射位置,600,d=320m 7.2%的效率,F,d,2.1.1 反射式 contd,反射式传感头的其它类型,x,传光束型,双光纤型,单光纤型,利用两个探头获得一平均输出可提高灵敏度。考察图所示的装置，设定探头的初始位置，使得探头A和探头B的接收光强分别处于峰值前沿和后沿并使二光强值相等。当目标移近时，探头A的接收光强减小而B探头的接收光强增大。 两个探头获得的输出差值要比任一单个探头的读数都大，因而可提高探测灵敏度。此外，除了探测位
3、移多少外还可获得移动方向的信息。,图示出了一种粘在一起的双金属片作为传感头构成双路反射型光纤探头。这种双金属片被设计成在特定温度下产生瞬时作用，从而相对于探头顶端产生突然移动，因此在一组温度点产生开关作用。这种双金属片也能被设计成连续移动，在模拟方式中产生正比于温度的移动。,光纤温度传感器,2.1.2 透射式,调制原理：遮光 调制方法：,动纤式、遮光屏、吸收材料,2.1.2 透射式 contd,光纤光纤直接耦合：灵敏度低、动态范围小 光纤光纤透镜耦合：F与反射式计算相同 光栅遮光屏： 灵敏、简单、可靠,透射型光纤压力传感器,图示出了一种透射式压力传感器。快门挡住光路，所挡光量通常正比于压强，使
4、用参考和测量通道提供了比率信号，其满刻度精度为0.1。,透射式光纤压力传感器(快门调制光强),二块光栅放在光路中，一块固定，另一块由于压力而移动，光栅间隙越小，灵敏度越高。,(移动光栅调制光强),2.1.3 光模式-微弯传感器,传感头：多模光纤 机理： 芯模包层模 应用：压力、水声,最小可测位移：0.01nm 动态范围：110dB,设光纤的微弯变形函数为正弦型,式中D(t) 外界信号导致的弯曲幅度； q 空间频率； z 变形点到光纤入射端的距离； 设光纤微弯变形函数的微弯周期为A，则有,根据光纤模式理论，可得到微弯损耗系数的近似表:达式:,式中K 比例系数； L 光纤中产生微弯变形的长度； 光
5、纤中光波传播常数差； 上式表明，与光纤弯曲幅度D(t)的平方成正比，弯曲幅度越大，模式耦合越严重，损耗就越高。还与光纤弯曲变形的长度成正比，作用长度越长，损耗也越大。与光纤微弯周期有关，当q = 时产生谐振，微弯损耗最大。因此，从获得最高灵敏度的角度考虑，需要选择合适的微弯周期。,2.1.4 折射率,光纤折射率变化型 纤芯与包层折射率温度系数不同测温 主要应用：温度报警 反射系数型受抑全内反射型,2.1.4 折射率-受抑全内反射传感器,传感头-多模光纤 机理- 芯模包层模 类型： 透射式 振动、位移 缺点：需要精密机械调整和固定装置 反射式 无需精密调整装置 应用：浓度、气/液二相流、温度等,
6、2.1.5 光吸收系数-辐射传感器,光纤吸收特性 辐射吸收损耗增加，输出功率下降 敏感源：x射线、 射线、中子射线 特点：灵敏度高、线性范围大、有记忆性,2.1.5 光吸收系数 contd,半导体材料的吸收特性,2.2 强度调制型的补偿技术,双波长补偿法 -采用两个不同波长的光源：,改进型,监测光源起伏,分时测量S1和S2,旁路光监测法,L1,L2,Y,光桥平衡补偿法,透射式光桥平衡补偿法 计算：,光桥平衡补偿法,透射式改进型,光桥平衡补偿法,反射式光桥补偿法,神经网络补偿法,2.3、位移传感器,外调制式,2.3、位移传感器 contd,外调制式,2.3、位移传感器 contd,内调制式微弯位
7、移传感器 技术指标： 灵敏度 线性度不同f 激励压电变换器 噪声 SNR,2.4、压力/水声传感器,全内反射式压力传感器 结构 膜片中心挠度： 膜片的最低固有频率： 非线性膜片厚度,2.4、压力/水声传感器,微弯水声传感器 采用长光纤 灵敏度： 215dB1V/Pa,2.5、表面粗糙度传感器,光纤对传光方法 限制：能量、效率、分辨率 改进光纤束,2.5、表面粗糙度传感器 contd,Y型表面粗糙度传感器 输出与测试距离d关系 输出、d与粗糙度Ra的关系 输出与粗糙度Ra的关系,2.5、表面粗糙度传感器 contd,内孔表面粗糙度的测量 90探头的缺点： 1）、非通用和规范的方法定标条件适用范围窄 2）、测量灵敏度低 改进双探头法 输出无量纲 V0/V35 不受光源功率波动和表面反射率变化限制,
