自动检测与转换技术-第九章.ppt

9.6.6 分布式光纤传感器 ④系统的测量精度与空间分辨力一般存在相互制约关系； ⑤检测信号一般较微弱，因而要求信号处理系统具有较高的信噪比； ⑥由于在检测过程中需要进行大量的信号加法平均、频率的扫描、相位的跟踪等处理，因而实现一次完整的测量需较长的时间。 9.6.6 分布式光纤传感器 瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞所引起的，散射光的频率与入射光的频率相同。光脉冲在光纤中传播时，由于瑞利散射而发生能量损耗，通过检测后向散射光的强度，就可获得衰减程度沿光纤的分布状况，这是一种最简单的分布式传感器，也是光纤通信中查找光缆故障和缺陷定位的一种诊断技术。 9.6.6 分布式光纤传感器 在利用后向瑞利散射的光纤传感技术中，一般采用光时域反射(OTDR)结构来实现被测量的空间定位。依据瑞利散射光在光纤中受到的调制作用，该传感技术可分为强度调制型和偏振态调制型。 9.6.6 分布式光纤传感器 OTDR原理如图所示。根据后向散射功率的对数斜率ai是否变化，可知道光纤内是否存在故障点。观测后向散射脉冲的到达时间t，便可测得故障点的位置z。 9.6.6 分布式光纤传感器 式中，c为真空中光速；n为纤芯折射率。 OTDR的空间分辨率，即可分辨的两个故障点的最小距离，是由脉冲宽度t决定的，可表示为 一般情况下，OTDR反射信号很弱，要获得高信噪比，常常需要对多个探测脉冲求平均。 9.6.6 分布式光纤传感器 利用适当的光纤结构，使损耗系数ai与环境的某个物理量有关，则可对其进行分布式测量。例如：①外界压力或变形使光纤产生的微弯损耗；②在光纤中掺杂稀土离子后，衰减与环境温度有关；③利用保偏光纤，当环境使光纤产生应力，将导致光信号的偏振状态发生变化；④利用克尔效应或法拉第磁光效应，通过监测偏振状态来测量电场和磁场的分布。 9.6 光纤式传感器应用举例 9.6.1 光纤温度传感器 9.6.2 光纤位移传感器 9.6.3 光纤流量、流速传感器 9.6.4 光纤磁传感器 9.6.5 医用光纤传感器 9.6.6 分布式光纤传感器 √ √ √ √ √ √ 9.6 光纤式传感器应用举例 9.6.7 工业用内窥镜 9.6.8 光纤加速度传感器 9.6.9 光纤光栅传感器 9.6.10 光纤层析成像分析技术及应用 9.6.11 光纤纳米生物传感器 9.6.12 光纤传感领域的发展 9.6.7 工业用内窥镜 在工业生产的某些过程中，经常需要检查某些系统内部结构状况，而这些系统由于种种原因不能打开或靠近观察，采用光纤图像传感器可解决这一难题。 9.6 光纤式传感器应用举例 9.6.7 工业用内窥镜 9.6.8 光纤加速度传感器 9.6.9 光纤光栅传感器 9.6.10 光纤层析成像分析技术及应用 9.6.11 光纤纳米生物传感器 9.6.12 光纤传感领域的发展 √ 9.6.9 光纤加速度传感器 光纤加速度传感器如图所示。 9.6 光纤式传感器应用举例 9.6.7 工业用内窥镜 9.6.8 光纤加速度传感器 9.6.9 光纤光栅传感器 9.6.10 光纤层析成像分析技术及应用 9.6.11 光纤纳米生物传感器 9.6.12 光纤传感领域的发展 √ √ 9.6.9 光纤光栅传感器 1978年首次观察到掺锗光纤中因光诱导产生的光栅效应，其后又发展了紫外光侧面写入光敏光纤光栅技术。所谓光纤的光敏性是指，掺杂光纤中通过激光时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。如用激光干涉条纹侧面辐照掺锗光纤，就会使其成为光纤光栅，并且在500 ℃以下稳定不变，用500 ℃以上的高温可擦除。这种光栅制作简单，在光纤通信和光纤传感中都有相当重要的应用。 9.6.9 光纤光栅传感器 光纤光栅是利用光纤的光敏性(也称为光致折射率变化效应)制成的。光纤光栅实质上是一种波长选择反射器，它的反射信号的波长会受施于其上的温度和应变的影响而发生变化。利用光纤光栅的温度和应变两种效应，可以检测许多物理量，在传感技术中应用前景十分广阔。 9.6 光纤式传感器应用举例 9.4.7 工业用内窥镜 9.4.8 光纤加速度传感器 9.4.9 光纤光栅传感器 9.4.10 光纤层析成像分析技术及应用 9.4.11 光纤纳米生物传感器 9.4.12 光纤传感领域的发展 √ √ √ 9.6.10 光纤层析成像分析技术及应用 光纤层析成像分析技术源于X射线层析成像分析(CT)，其基本原理是，当光线经过被测样品时，不同的样品材料的吸收特性不同，因此对经过样品的光线进