光纤式光电传感器.doc

光纤式光电传感器光 班级：13电子信息工程；姓名：陈勇峰；学号：1308068003 传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤式光电传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。 一、原理 光纤式光电传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，称为被调制的信号光，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量。 光纤传感器的测量原理有两种。 ①物性型光纤传感器原理，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。 因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压等。 ②结构型光纤传感器原理，结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。 二、优点 与传统的各类传感器相比，光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，有一系列独特的优点： ①电绝缘性能好；②抗电磁干扰能力强；③ 非侵入性；?④ 高灵敏度；⑤容易实现对被测信号的远距离监控；⑥耐腐蚀，防爆；⑦光路有可挠曲性，便于与计算机联接；⑧ 结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。 三、应用 1.光纤传感技术在电力系统的应用：在电力系统中，光纤传感器致力于解决对庞大而复杂的大容量、超高压和特高压传输系统进行电参量传递、准确、在线、实时监测、设备隐患的报警和排除以及安全防护及网络自动化控制等问题。 2.光纤传感技术在石油和化工行业的应用：光纤传感器在石油与化工行业中主要用于三个方面：石油地震勘测中地震波的探测；石油采集过程中温度、压力、油水含量、油的剩余量等的监测；石油化工产品生产过程中温度、压力、流量等参量的监测。 3.光纤传感技术在工程上是应用：光纤传感器由于能实现空间立体监测和连续性监测，在大型土木工程的安全监测上已经得到了越来越多的重视。 4.光纤传感技术在国防军事上的应用：光纤传感技术的国防军事应用引起了各国军方的重视，光纤制导导弹、光纤遥控武器、光纤陀螺、光纤水听器等发展较早的技术将能逐步装备部队。 5.光纤传感技术在医学上的应用：生物医学上，光纤广泛应用于传输各种医学影像的图像，主要有光纤血压传感器、医用内窥镜以及应用于组织和细胞的光谱分析激光器等。 例：2μm高功率激光医疗仪 2 μm 高功率激光医疗仪市场需求越来越大，而目前人机交互模块前国内此类设备在控制上缺乏对系统安全和出光精准度的考虑。同时随着YY0505-2012 医用电气电磁兼容标准于2014 年的执行，设计符合YY0505-2012 标准的医用设备已迫在眉睫。因此，本文采用模块化设计，设计了一种基于STM32 的2 μm 光纤激光器医疗仪控制系统，将水冷单元的参数监控、电源模块的抗干扰设计、输出功率的校准等集成于一体。测试结果表明，系统可靠稳定，操作方便。 为实现高可靠性，配电模块电路采用冗余设计，每路继电器驱动电路控制两个固态继电器。上图所示激光器的继电器驱动电路为例，U5、U6代表两个继电器，输出端分别串联到电源的零线和火线上，实现同开同断，避免某一个继电器发生故障时影响整个系统的工作。每路信号除通过I/O控制外，急停信号也对继电器可控，达到软件和硬件同时急停的目的。选用的急停按钮是常闭型，高电平有效，致Q4不导通，继电器处于开路状态，电源断路。 另外，电路一方面在STOP和I/O信号接口处接入5V瞬态抑制管，以防止静电积累损坏器件；另一方面在Q4导通时D3点亮作为电路工作状态指示，当系统出现异常时方便故障排查。