第11讲光纤传感器

（1）光纤传感技术简介）光纤传感技术简介光纤技术的发展与动态光纤技术的发展与动态光纤传感器的发展与动态光纤传感器的发展与动态光纤传感器的原理光纤传感器的原理光纤传感器与电传感器的对比光纤传感器与电传感器的对比光纤传感器的特点与分类光纤传感器的特点与分类 （2）光纤传感技术）光纤传感技术行业中的应用行业中的应用光纤压力传感器光纤压力传感器光纤温度传感器光纤温度传感器光纤液位传感器光纤液位传感器光纤阀位回讯器光纤阀位回讯器光纤成分在线检测技术光纤成分在线检测技术光纤报警传感器光纤报警传感器其他光纤传感技术其他光纤传感技术 1966年高昆博士提出光纤传输的理论年高昆博士提出光纤传输的理论 1969年日本平板玻璃公司制出年日本平板玻璃公司制出200dB/KM梯度光纤梯度光纤 1970年美康宁公司制出世界第一根年美康宁公司制出世界第一根20dB/KM低损耗光纤低损耗光纤 1972年日本电子技术综合研究所制出年日本电子技术综合研究所制出7dB/KM SiO2芯光纤芯光纤 1973年美贝尔实验室用化学沉积法（年美贝尔实验室用化学沉积法（CVD）制光纤）制光纤 1978年对年对1.5m光传输接通理论值约光传输接通理论值约0.2dB/KM 1980年光通讯产业形成年光通讯产业形成 70年代末，美最先发表年代末，美最先发表FOS文章文章 1981年美召开光纤陀螺会议年美召开光纤陀螺会议 1981年英第一届国际年英第一届国际FOS会议会议 1984年西德第一届年西德第一届FOS会议会议 1986年美第三届年美第三届FOS会议会议 1988年日本第四届年日本第四届FOS会议会议 1989年美第五届年美第五届FOS会议会议 2000年意大利第十四届年意大利第十四届FOS会议会议 光纤的结构光纤的结构n1n2n2n1n2纤芯纤芯包层包层涂覆层涂覆层护套护套 光纤传光原理光纤传光原理 全反射全反射aaa12sinsinnnri 光纤传光原理光纤传光原理 折射折射 光纤传光与数值孔径光纤传光与数值孔径n0200n2n122210sinnnnANa光束在芯子内全反射的条件：1sin222101nnnai大气介质大气介质 数值孔径的意义是无论光源发射功率有多大,只有20张角之内的光功率被光纤接受传播。一般希望光纤有大的数值孔径,这有利于耦合效率的提高。但数值孔径大,光信号将产生大的“模色散”,入射光能分布在许多个模式中,各模式的速度不同,导致各个能量分量到达光纤远端的时间不同,信号将发生严重畸变,所以要适当选择。典型的光纤010。n2n1多模阶跃光纤nr多模梯度光纤n2n1单模梯度光纤电 量电量检测电类传感器被测参量光 源光量检测光纤传感器被测参量 分类分类 内容内容 光纤传感器光纤传感器电类传感器电类传感器调制参量调制参量振幅：吸收、反射等振幅：吸收、反射等相位：偏振相位：偏振电阻、电容、电感等电阻、电容、电感等敏感材料敏感材料温温-光敏、力光敏、力-光敏、光敏、磁磁-光敏光敏 温温-电敏、力电敏、力-电敏、电敏、磁磁-电敏电敏 传输信号传输信号光光电电传输介质传输介质光纤、光缆光纤、光缆电线、电缆电线、电缆*本质防爆本质防爆 适合于易燃、易爆等危险物品检测适合于易燃、易爆等危险物品检测 *对电绝缘对电绝缘 适合于高电压场合检测适合于高电压场合检测 *无感应性无感应性 适合于强电磁场干扰环境下检测适合于强电磁场干扰环境下检测 *化学稳定性化学稳定性 适合于环保、医药、食品工业检测适合于环保、医药、食品工业检测 *时域变换性时域变换性 适合于多点分布测量适合于多点分布测量 *低损耗低损耗 *大容量大容量 *高精度高精度 *尺寸小尺寸小 *重量轻重量轻 *非接触式非接触式控控 制制 室室光光 纤纤各类油罐各类油罐参数检测参数检测压力容器压力容器参数检测参数检测核工业环境核工业环境参数检测参数检测煤矿中煤矿中CH4等参数检测等参数检测控控 制制 室室光光 纤纤高压高压变压器变压器高压高压电动机电动机强电磁干扰强电磁干扰电气设备电气设备微波微波设备设备取样取样送检送检样品样品光谱仪光谱仪被测物被测物光纤光纤光纤光谱仪光纤光谱仪被测物被测物传输型传输型 光纤仅传输信号，不起敏感作用光纤仅传输信号，不起敏感作用传感型传感型 光纤既传输信号，又是敏感元件光纤既传输信号，又是敏感元件010mA0 5V光电变换计算机电 阻电 容光纤传输网络电 感电脉冲光参量LEDPIN光纤光纤LEDPIN液体液体LEDPIN液体液体发光管发光管光敏管光敏管反射镜反射镜软铁软铁弹簧弹簧滑杆滑杆光纤光纤壳体壳体弹片弹片磁铁磁铁LEDPIN光纤光纤砷化镓片砷化镓片光纤光纤T2IT3 T1LED LEDPINn1n2n2n2PIN1PIN2智能智能仪表仪表分路器分路器宽带光源宽带光源报警器报警器可调宽可调宽带滤波器带滤波器SSS光纤光纤参考频率参考频率LEDPIN锁相放大器锁相放大器光纤光纤传感头传感头参考频率参考频率LEDPIN锁相放大器锁相放大器tI