《传感器原理与检测技术 教学课件 ppt 作者 钱显毅 第9章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理与检测技术 教学课件 ppt 作者 钱显毅 第9章（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第9章 光纤传感器,9.1 光纤传感器的原理 9.1.1 强度调制法 9.1.2 偏振态调制法 9.1.3 相位调制法 9.1.4 频率调制法 9.2 常见光纤传感器 9.2.1 偏振式光纤温度传感器 9.2.2 反射式光纤位移传感器 9.2.3 光纤加速度传感器,9.1 光纤传感器的原理,9.1.1 强度调制法 9.1.2 偏振态调制法 9.1.3 相位调制法 9.1.4 频率调制法,9.1 光纤传感器的原理,图9-1 光纤传感器的结构 a)传光型光纤传感器 b)传感型光纤传感器,9.1.1 强度调制法,1.位移式强度调制 2.开关调制 3.反射式强度调制 4.折射率调制法,1.位移式强度调
2、制,图9-2 位移式强度调制的原理图 a)不同形式的位移调制方法 b)横向移动调制方法 c)横向位移调制输出曲线,2.开关调制,图9-3 开关调制的结构 a)挡板调制 b)光栅调制,3.反射式强度调制,图9-4 各种反射式强度调制结构 a)多束光纤 b)双光纤 c)单光纤 d)液面膜反射,4.折射率调制法,图9-5 折射率调制法常用的几种结构,9.1.2 偏振态调制法,1.法拉第效应 2.克尔电光效应 3.弹光效应,1.法拉第效应,图9-6 法拉第效应的应用,2.克尔电光效应,图9-7 克尔电光效应,3.弹光效应,图9-8 应力双折射原理,9.1.3 相位调制法,1.应力应变效应 2.温度应变
3、效应 3.相位调整的主要仪器,1.应力应变效应,当光纤受到纵向(轴向)的机械应力作用时，光纤的长度、纤芯的直径、纤芯折射率都将变化，这些变化将导致光纤中光波相位的变化。光,2.温度应变效应,温度应变效应与应力应变效应相似。若光纤放置在变化的温度场中，将温度场的变化等效为作用力F，那么，作用力F将同时影响光纤折射率n和长度L的变化。,3.相位调整的主要仪器,(1)马赫曾德尔(MachZehnder)干涉仪 (2)萨格纳克(Sagnac)干涉仪 (3)迈克尔逊(Michelson)干涉仪,(1)马赫曾德尔(MachZehnder)干涉仪,图9-9 相位调整的主要仪器 a)马赫曾德尔干涉仪的原理图
4、b)萨格纳克干涉仪的原理图 c)迈克尔逊干涉仪的原理图,(2)萨格纳克(Sagnac)干涉仪,1911年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后汇合，然后在屏幕上产生干涉，这就是萨格纳克效应。,(3)迈克尔逊(Michelson)干涉仪,迈克尔逊干涉仪的原理图如图9-9c所示，它是用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器。在实际装置中，反射镜M2是固定的，M1可沿臂轴方向移动，光源L发出的光经分光器P后，分成两路光，经M1、M2反射，通过P后产生干涉现象。,9.1.4 频率调制法,1.零差法 2.外差法,1.零差法,图9-1
5、0 频率调制法测量原理装置,2.外差法,9.2 常见光纤传感器,9.2.1 偏振式光纤温度传感器 9.2.2 反射式光纤位移传感器 9.2.3 光纤加速度传感器,9.2.1 偏振式光纤温度传感器,1.偏振分光棱镜 2.石英晶体 3. 1/4波片 4.传感器的工作原理,9.2.1 偏振式光纤温度传感器,图9-11 偏振式光纤温度传感器的原理和结构 a)传感器光路 b)探头结构,1.偏振分光棱镜,图9-12 偏振分光棱镜原理 a)光波在界面的折射与反射 b)布儒斯特角 c)偏振分光棱镜,2.石英晶体,波长为的光线经过石英晶体时，光矢量受到旋转。按照菲涅耳的解释，进入石英晶体的线偏振光可以分解为左旋
6、圆偏振光和右旋圆偏振光。,3. 1/4波片,图9-13 1/4波片的作用,4.传感器的工作原理,图9-14 光矢量的方向分析 a)光矢量的初始方向 b)第一次通过晶体 c)两次通过波片 d)第二次通过晶体,9.2.2 反射式光纤位移传感器,图9-15 光纤位移传感器 a)线性位移测量装置 b)发光强度接收分析 c)端面的交叠,9.2.2 反射式光纤位移传感器,图9-16 光纤位移传感器的输出 a)M与/a的关系曲线 b)F与b的关系曲线,9.2.2 反射式光纤位移传感器,图9-17 光纤的端面分布及传感器输出特性 a)光纤的端面分布 b)传感器输出特性,9.2.3 光纤加速度传感器,1.相位调制型光纤加速度传感器 2.强度调制型光纤加速度传感器,1.相位调制型光纤加速度传感器,图9-18 相位调制型光纤 加速度传感器,1.相位调制型光纤加速度传感器,图9-19 光纤加速度测量系统,2.强度调制型光纤加速度传感器,图9-20 强度调制型光纤加速度传感器,2.强度调制型光纤加速度传感器,图9-21 光纤加速度传感器的原理图,
