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1、光纤光栅波长调制型光纤传感器,Fiber Optic Sensors Lecture 6-2,Mins Fiber Optic Sensors,4.1 波长调制机理,引起波长变化光谱特性随外界物理量而变化 荧光、磷光、黑体辐射等大多数为非功能型 光纤光栅功能型 光纤光栅反射镜 应用领域通信、传感、信息处理 光通信器件 半导体激光器、光纤激光器 光纤放大器、滤波器 波分复用/解复用器 色散补偿 传感 光学信息补偿光学Fourier变换、相位阵列天线,Mins Fiber Optic Sensors,传感应用,光纤光栅传感器 优点： 抗干扰能力强，稳定、可靠 传感头结构简单、体积小 测量重复性好
2、可实现绝对测量 便于规模生产、成网 不足：解调系统昂贵、动态范围受限,Mins Fiber Optic Sensors,应用范围,Mins Fiber Optic Sensors,应用范围,Mins Fiber Optic Sensors,应用例,Sensor for landslide movement (B-OTDR),Three anchors (FBG),Mins Fiber Optic Sensors,应用范围,日本女子大学百年館外観（建設時）,Mins Fiber Optic Sensors,应用例锚杆压力应变监测,长期维护 耐腐蚀寿命长 锚键锚体的应变监测,标准应变测试仪,FBG
3、 应变传感器,锚杆长 40m,Mins Fiber Optic Sensors,Mins Fiber Optic Sensors,光栅标准具,Bragg波长： 对于啁啾光栅： 干涉条纹的占空比：,Mins Fiber Optic Sensors,光纤传感器与智能材料,传统材料强度要求 现代材料 “自检”的功能 获得材料及结构的整体性、环境条件等信息 确定系统的运行情况、可靠性 确定剩余寿命 提出 “智能材料与结构”的概念 在材料和结构的制造过程中埋入传感元件和驱动元件,Mins Fiber Optic Sensors,智能结构对传感器的特殊要求 微型化：保证传感器的埋入不会影响材料的性能（或影
4、响很小） 高可靠：确保智能材料在整个“服役期”能正常有效地运行 网络化：以实现多路复用或空间分布式测量使传感系统可获取较大空间范围内的传感信息 光纤传感器,Mins Fiber Optic Sensors,可用于智能结构的光纤传感器,点式传感器 光纤FP传感器、光纤Bragg光栅传感器等。 优点：传感头尺寸小结构尺寸 缺点：只局限于检测一个很小截面内的某一参量的值。 积分式传感器 可用于测量一定范围内某一参量的平均值 例如：光纤干涉仪（MZ干涉仪、Michelson干涉仪等）可用于测量光纤长度范围内应变或温度的平均值。用单根高双折射光纤构成的光纤偏振干涉仪也属于积分式传感器 分布式传感器 可沿
5、空间位置连续测量单、多参量的传感器。 主要特征参量是空间分辨率和灵敏度 非线性效应分布式光纤传感器；高双折射光纤构成的分布式光纤压力传感器等,Mins Fiber Optic Sensors,光纤传感器用于智能结构的一些问题,光纤传感器的复用 由多个点式传感器和（或）多个积分式传感器，和（或）多个分布式传感器构成的一个复杂的传感系统 与智能结构的兼容性 在智能结构中的分布 在智能结构中应用的工艺研究,Mins Fiber Optic Sensors,传光型波长调制光纤传感器,荧光、磷光光谱 关键 光源和频谱分析器的性能系统的稳定性和分辨率 光源：白炽灯、汞弧灯 频谱分析仪：光栅、棱镜分光计；干
6、涉和染料滤光器 稳定性: 比值运算，补偿系统误差 主要应用-医学、化学等领域。 人体血气的分析、pH值检测 指示剂溶液浓度的化学分析 磷光和荧光现象分析 黑体辐射分析 法布里一帕罗滤光器等,Mins Fiber Optic Sensors,光纤pH值传感器,基本原理 化学指示剂对被测溶液的颜色反应 探头结构 指示剂的透明度 红色区域对pH值非常敏感 在绿色区域却与pH值无关,Mins Fiber Optic Sensors,设计实例,绿光(1558nm)作为调制检测光，红光(2630nm)作参考光 L为试剂长度；pHpK，(pH酸碱度，pK酸碱平衡常数) 稳定性条件 光源和光探测器有足够高的温
7、度稳定性准确度 pH值在7-7.4的范围内仪器具有0.01的分辨率血液的pH值 采用不同的化学指示剂，可测量不同pH值范围的溶液。,Mins Fiber Optic Sensors,光纤磷光传感器,原理: 稀土磷光体的磷光光谱随温度变化而改变 测量方法： 频谱不同的光电二极管 0.1的分辨率，准确度为 滤光片,Mins Fiber Optic Sensors,传感头设计,Mins Fiber Optic Sensors,黑体温度计,非接触式测温技术：测量物体的热辐射能量表面温度 探头结构,Mins Fiber Optic Sensors,光纤血气传感器,血气值 氧分压（M） 二氧化碳分压（pc） 氢离子浓度（pH）,
