第五章光净纤传感器.ppt

光调制技术;强度调制光纤传感器;强度调制的原理 ;光的传播方向改变引起的强度调制 Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(1);Multimode Grating Sensors(2);透射率的改变引起的强度调制（2）;Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(3);Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(4);Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(4);Intensity-Based and Fabry-Perot Interferometer Sensors(5);由光吸收系数的改变引起的强度调制;移动球镜光学开关传感器;球镜位移与光强比值的变化关系;反射型光纤位移传感器;频率调制光纤???感器;多普勒效应;若将c=λf的关系式代入上式，且假定入射光与v之夹角为θ，则可得：;双重多普勒频移;频率检测;1.零差检测;分析;式中，w0为输入光的角频率；ws为散射光角频率。;注意;2.外差检测;分析;Δfs为多普勒频移，f1为布拉格盒的频移;激光多谱勒测速系统;激光多谱勒测速系统原理;波长（颜色）调制光纤传感器;调制方式有以下几种：;上图是黑体辐射的调制原理，它不需要外加光源，而是直接由黑体腔收集物体的黑体辐射，并由蓝宝石光纤制成的探头探测，然后把这种宽频带的辐射传送到分光仪或滤光片，通过双波长或者单波长检测就能测出黑体的温度。;2.利用磷光（荧光）光谱的变化进行波长调制; ;分析：;4.利用热色物体的颜色变化进行波长调制;分析;在波长为650nm时，光强随温度变化最灵敏，在波长为800nm时，光强与温度无关。因此选这两个波长进行检测就能确定外界物理量。;波长检测;相位调制光纤传感器;优点;掌握几种光纤干涉仪原理;1.光纤马赫－曾特尔干涉仪 2.光纤迈克尔逊干涉仪 3.萨格纳克光纤干涉仪 4.光纤法布里－珀罗干涉仪 ;1.光纤马赫－曾特尔干涉仪;分析;上两式表明：;利用马赫一泽德干涉仪的光纤加速度计;原 理;2.光纤迈克尔逊干涉仪;分析;3.萨格纳克光纤干涉仪;原理图如下：;原理分析;相应的相位差为：;4.光纤法布里－珀罗干涉仪;原理说明：;偏振态调制光纤传感器;1.旋光性;媒质的旋光性是互易的，也就是说，如果偏振光从一个方向通过媒质旋转一个角度，则以这个角度输入并沿相反方向通过的光将以原来的入射角射出媒质。;2.法拉第效应;利用光纤法拉第效应的电流传感器;法拉第效应和旋光性的重要区别在于：法拉第效应没有互易性;3.克尔效应;通过克尔盒后的两线偏振光的光程差为：;4.弹光效应;分析;偏振态的检测;分析;调整棱镜的取向，使得当入射光处在它的未调制位置时（即电流I＝0时），从渥拉斯顿棱镜的两轴输出的光强相等，高压载流导体施加电流时，设光纤中光波偏振面旋转的角度为θ，则光探测器D1,D2收到的光强分别为： ;经过加法，减法和乘法器后，输出信号为：;5、光纤传感器的应用 （一）温度的检测 光纤温度传感器有功能型和传光型两种。 ; 下图为利用双金属热变形的遮光式光纤温度计。当温度升高时，双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输出光强发生变化。这种形式的光纤温度计能测量10℃～50℃的温度。检测精度约为0.5℃。它的缺点是输出光强受壳体振动的影响，且响应时间较长，一般需几分钟。 ; 2、透射型半导体光纤温度传感器 当一束白光经过半导体晶体片时，低于某个特定波长λg的光将被半导体吸收,而高于该波长的光将透过半导体。这是由于半导体的本征吸收引起的,λg称为半导体的本征吸收波长。电子从价带激发到导带引起的吸收称为本征吸收。当一定波长的光照射到半导体上时,电子吸收光能从价带跃迁入导带,显然,要发生本征吸收,光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg，即;由图看出，GaAs在室温时的本征吸收波长约为880nm左右，半导体的吸收光谱与Eg有关，而半导体材料的Eg随温度的不同而不同，Eg与温度t的关系可表示为;由此可见，半导体材料的Eg随温度上升而减小，亦即其本征吸收波长λg随温度上升而增大。反映在半导体的透光特性上，即当温度升高时，其透射率曲线将向长波方向移动。若采用发射光谱与半导体的λg(t)相匹配的发光二极管作为光源，如图，则透射光强度将随着温度的升高而减小。;（二）压力的检测 种类：强度调制型、相位调制型和偏振调制型三类。 1、采用弹性元件的光纤压力传感器