第8章 光纤传感器.ppt

第八章 光纤传感器 (一)光纤的结构 （二）光纤传感器的工作原理及分类 （二）光纤传感器的工作原理及分类 （二）光纤传感器的工作原理及分类 二）光纤传感器的工作原理及分类 跃变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。 光纤传感器的优点 (三)光纤传感器的应用 (三)光纤传感器的应用 (三)光纤传感器的应用 光导纤维夹在两块带机械式齿条的压板中间，当压力作用在活动板上时，活动板与固定板的齿板间产生相对段位移，改变了光纤的弯曲程度，从而使传输的光强度发生变化。 * * 所谓光导纤维是一种传输光信息的导光纤维。它是由石英玻璃或塑料制成，其结构很简单，它由导光的芯体玻璃(简称纤芯)和包层组成，纤芯位于光纤的中心部位，包层可用玻璃或塑料制成。包层外面常有塑料或橡胶的外套，它保护纤芯和包层并使光纤具有一定的机械强度。 光主要在纤芯中传输，纤芯的折射率稍大于包层的折射率。 光纤传感器主要由光导纤维、光源和光探测器组成。半导体光源常用的有半导体发光二极管和半导体激光二极管。光纤传感器中的光探测器一般均为半导体光敏元件。作为光纤传感器核心部件的光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种媒介。 当光线从光密物质射向光疏物质，且入射角大于全反射临界角时，光线将产生全反射，即入射光不再进入包层，全部被内外层的交界面所反射。如此反复，光线将通过光导纤维能很好地进行传输。 折射率分布区分光纤可分为跃变式光纤和渐变式光纤。 可以归纳如下； (1)光纤绝缘性能好、耐腐蚀，传输光信号不受电磁干扰影响，因此光纤传感器环境适应性强。 (2)光纤传感器检测灵敏度高、精度好，便于利用光通信技术进行远距离测量。 (3)光纤细、可绕曲，因此能够深入设备内部或人体弯曲的内脏进行测量，使光信号沿需要的路径传输．使用更加方便、灵活。 1、光纤位移传感器 利用光导纤维可以制成微小位移传感器，这是一种传光型光纤传感器，光从光源发射经光缆，照射到被测物表面，再被反射回接收光缆，最后由光敏元件接收。这两股光缆在接近被测物之前汇合成Y形，汇合后的光纤端面被仔细磨平抛光。 若被测物紧贴在端面上，发射光缆中的光不能射出，则光敏元件接收的光强为零，这是d＝0的状态；若被测物很远，则发射光经反射后只有少部分传到光敏元件，因此接收的光强很小。只有在某个距离上接收的光强才最大。图是接收的相对光强与距离d的关系，峰值以左的线段1具有良好的线性，可用来检测位移。所用光缆中的光纤可达数百根，可测几百微米的小位移。 2．光纤压力传感量 这是一种功能型光纤传感器，它利用了光纤的微弯损耗效应，即光纤在微弯时会引起传输光强度的衰减。