《光纤传感器》课件

光纤传感器光纤传感器是利用光纤作为传感元件的一种先进传感器技术它具有高灵敏度、小型化、抗电磁干扰等优点,广泛应用于工业监测、环境保护、医疗诊断等领域光纤传感器概述光纤传感器是一种利用光纤作为传感介质的传感器,能够监测和测量各种物理量,如温度、压力、位移、应变、腐蚀等它具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、灵敏度高等特点,广泛应用于各个领域光纤传感器的定义和特点定义小型化和轻量化光纤传感器是利用光纤作为传感光纤材料本身体积小、重量轻,可元件或传输介质的一类检测和测以制造出小型、轻便的传感器量装置抗电磁干扰远距离传输光纤传感器不会受到电磁场干扰,光纤可以实现信号的远距离传输,适用于电磁环境恶劣的场合适用于需要远程监测的场合光纤传感器的应用领域工业制造基础设施建设12光纤传感器广泛应用于机械、在桥梁、隧道、管线等基础设电力、化工等行业的温度、压施的监测中,光纤传感器能够提力、位移等参数检测供长期可靠的数据采集国防军事医疗健康34光纤传感器在军事领域广泛应光纤传感器可用于生物医学检用于武器系统、导航、通信等测,如血压、血糖等生理指标的方面的监测和控制实时监测光纤传感器的构造和工作原理光纤传感器由光源、光纤和检测器三个基本部分组成光源将光信号耦合进光纤中,光信号沿光纤传播时会受到外界环境的影响而发生变化,最后被检测器接收并转换为电信号通过分析这些电信号变化,就可以获得被测量的信息光纤传感器的基本结构光源光纤探头光纤传输光探测器光纤传感器通常使用激光器或光纤探头位于被测参量的作用光信号从光源经过光纤传输到光探测器将光学信号转换为电发光二极管作为光源,为传感区域内,能够将要测量的物理光探测器,光纤的选择和布置信号,并将其送入信号处理环系统提供所需的光信号量转换为光学信号对系统性能有重要影响节常用的探测器包括光电二极管和光电倍增管光纤传感器的工作原理光导传输光纤内部发生全反射，能有效地将光信号传输外界因素引起光纤参数变化,从而改变光信号信号检测使用光电探测器和电路对光信号进行检测和转换,获得待测物理量的电信号输出信号处理对检测到的电信号进行放大、滤波等处理,最终得到可用的测量信号光纤传感器的信号检测方式光功率检测光干涉检测光谱分析检测通过测量光纤输出端的光功率变化来检测外利用光纤中光波的干涉效应,通过测量光强测量光纤光栅反射光谱变化,可以检测外界界参数的变化,是最常见的检测方式或相位变化来检测外界参数变化参数如温度、应变等的变化光纤传感器的分类光纤传感器根据不同的分类标准可以分为多种类型,主要包括信号传输方式、测量参数及光纤类型等三大类掌握这些不同类型的特点和应用领域对于选择适合的光纤传感器非常重要根据信号传输方式分类直接传输型调制型此类光纤传感器直接将测量信号转换为光强变化,通过光纤传输至此类传感器利用测量对象的变化来调制光纤中传输的光波特性,如检测端设计简单,成本较低相位、频率或偏振状态等检测复杂,但灵敏度高根据测量参数分类温度传感器应变传感器压力传感器能检测环境温度变化并转换为电信号的光纤能检测物体应变变化的光纤传感器广泛应能检测环境压力变化的光纤传感器应用于传感器应用广泛，包括工业过程监控、安用于结构健康监测、工程建设等领域工业自动化、航天航空、石油化工等领域全防护等根据光纤类型分类单模光纤多模光纤单模光纤具有小的核径和高的折射率差,只能传输单一模式的光波,适多模光纤具有较大的核径和较小的折射率差,可以传输多个模式的光用于长距离通信波,适用于短距离通信柔性光纤石英玻璃光纤柔性光纤外层有柔性包覆,可以弯曲和折叠,适用于狭窄空间和需要灵石英玻璃光纤具有低损耗、高强度和耐环境影响等特点,是最常用的活布放的场合光纤类型光纤光强传感器光纤光强传感器是利用光纤的光学特性来测量物理量的一种传感器,主要应用于测量位移、振动、温度等物理量它具有体积小、抗电磁干扰、测量精度高、抗腐蚀性好等优点光纤光强传感器的原理光纤光强传感器基本结构工作原理优势特点光纤光强传感器由光发射源、光纤光波导和当外界参数如温度、应力等发生变化时,会•体积小、重量轻光检测器三部分组成光发射源将光信号耦导致光纤的光传输特性发生变化,从而影响•耐高温、抗辐射合到光纤中,光纤光波导传输光信号,光检测光检测器接收到的光功率通过测量光功率•测量精度高、响应快速器接收光信号并转换为电信号的变化即可实现对外界参数的检测和测量•抗电磁干扰、绝缘性好光纤光强传感器的结构及特点简单结构测量灵敏度高12光纤光强传感器通常由光源、利用光电转换原理进行测量，光纤和光探测器三个主要部分能够实现高灵敏度且精度可达组成，结构简单紧凑毫米级抗干扰性强体积小重量轻34光纤传输信号不易受电磁干扰光纤本身尺寸细小、重量轻，影响，并具有抗腐蚀、抗高温使传感器整体呈现体积小、重等特点量轻的特点光纤光强传感器的应用建筑监测用于监测桥梁、隧道等大型建筑物的结构状况和应力变化油气管线监测检测管线泄漏并定位问题区域,提高油气输送安全医疗诊断应用于血糖、血压等生命体征参数的监测,提高医疗诊断精度光纤干涉传感器光纤干涉传感器是利用光纤干涉原理进行测量的一种传感器,能够精确检测外界环境的微小变化,广泛应用于工业自动化、结构健康监测等领域光纤干涉传感器的原理干涉原理光路分割光纤干涉传感器利用光的干涉原光纤干涉传感器通常采用光路分理,通过测量光学路径长度的变化割的方式,将光束分成两路,一路作来检测相应的物理量变化为测量光路,另一路作为参考光路干涉效果检测当测量光路发生变化时,会与参考光路产生干涉,从而引起干涉光强度的变化,这种变化可用来检测测量参数光纤干涉传感器的结构及特点基本结构对比测量主要特点光纤干涉传感器由光源、分光器、参考光纤参考光纤和感测光纤的光路长度差异会引起•高灵敏度和感测光纤构成感测光纤受到被测量的物干涉信号的变化,通过检测这一变化可以测•抗电磁干扰理量变化而发生光程差量被测量参数•小型化和集成化•易于远程传输光纤干涉传感器的应用结构健康监测机械振动检测航空航天领域医疗诊断光纤干涉传感器可用于监测桥光纤干涉传感器能精准检测微光纤干涉传感器具有抗电磁干光纤干涉传感器可用于医疗诊梁、建筑物和其他结构的变形小机械振动,广泛应用于机械扰、耐高温等优势,在航空航断,如测量患者生理指标如眼和应力状态,及时预防安全隐故障诊断和预防性维护天领域广泛应用压、心动等患光纤光栅传感器光纤光栅是一种特殊的光纤器件,通过在光纤内制造周期性的折射率变化来实现反射光谱的调制,可用于测量各类物理量光纤光栅传感器是一种重要的光纤传感器类型,具有高度集成化、抗电磁干扰等优点光纤光栅的工作原理1共振原理2Bragg反射光纤光栅是一种利用光纤内部光纤光栅可以反射与布拉格波折射率周期性变化而产生的光长匹配的光波,而其他波长的光学滤波器入射光与光栅结构则可以透过光栅这种选择性产生共振，可以反射特定波长反射原理称为Bragg反射的光环境响应3当光纤光栅受到外界诸如应变、温度等物理量的作用时,其布拉格波长会产生相应的变化,从而实现光纤传感光纤光栅传感器的结构及特点结构特点工作原理优点特性光纤光栅传感器由一根光纤和当外部环境参数发生变化时,光纤光栅传感器具有体积小、在光纤上制作的一个或多个光会引起光纤折射率或者光纤尺重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀栅组成光栅可以是周期性的寸的变化,从而导致光纤光栅、测量范围广等优点,在很多折射率变化或者是周期性的涂的反射光谱发生相应的变化领域得到广泛应用层通过检测这种变化就可以实现对外部参数的测量光纤光栅传感器的应用结构监测工业制造光纤光栅传感器可用于桥梁、大坝、建筑物等结构的应力、温度和应用于航空航天、汽车制造等行业,监测设备的负载、振动、压力等变形监测,确保工程安全参数,提高生产效率石油天然气医疗诊断用于油气管道的温度、压力、泄漏检测,确保输送安全,减少环境污染可植入人体,用于监测血压、心率等生理指标,提高医疗诊断准确性光纤传感器的未来发展趋势随着科技的不断进步,光纤传感器技术也呈现出了广阔的发展前景未来光纤传感器将在新兴领域得到更广泛的应用,并且传感性能和抗干扰能力也将进一步提升光纤传感器技术的发展趋势微型化智能化传感器不断实现小型化和集成化,提高传感器具备自诊断、自校准和自修复了可靠性和便携性等功能,提升了性能和可靠性无线化集成化光纤传感器将向无线技术发展,实现远光纤传感器将与微电子、微机械等技程监测和控制术进一步融合,提高性能和功能光纤传感器在新兴领域的应用医疗健康工业制造12光纤传感器在医疗健康领域有广泛应用,如心率监测、肌电监测和光纤传感器在工业制造中用于测量压力、位移、应变等参数,可实温度测量等它们具有高精度、小尺寸和无创etc优点现高精度、抗干扰、远距离传输等特性能源环境国防安全34光纤传感器可用于电力线路监测、油气管线监测以及环境监测等光纤传感器在国防安全领域有应用,如光纤水听器、光纤陀螺仪等领域,为智能电网和环境保护提供技术支撑,为国防建设做出贡献。