精品中职 《传感器与检测技术 》教学课件项目10 光纤传感器的应用

传感器与检测技术 1 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 任务二 磁敏电阻在转速检测中的应用 项目十 光纤传感器的应用 目 录 　　1.能识别光纤传感器。 　　2.能根据任务要求，正确安装光纤传感器。 　　3.正确完成光纤传感器测量直线位移的电路接线。 　　4.正确测量直线位移并且读数正确。 学习重点 项目十 光纤传感器的应用 　　光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中传输光信号的工具。光纤在通信、医疗、传感器、艺术装饰等很多方面有很多应用，如图所示。 光纤的应用 一、光纤的基本概念 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 　　如图（a）所示，根据几何光学可知，当光由光密物质射出至光疏物质（即n1>n2）时，一部分光线会以折射角θr折射入光疏介质，其余部分光线以θi反射回光密物质。当折射角大于入射角时： 　　根据上式可知，如果逐渐增大入射角，则对应的折射角也会进一步增大，当入射角进一步增大时，折射光线只能在两种介质的分界面上传播，如图（b）所示。 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 光的全反射 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 2.光纤的结构和分类 　　（1）光纤的结构 　　光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外由纤芯、包层、涂敷层三部分组成，如图所示。 光纤的结构 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 纤芯由直径5～75um的石英玻璃组成，光能量主要在纤芯内传输。包层直径为100～200um，折射率略低于纤芯，主要是给光的传输提供反射面和光隔离。设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。涂敷层由硅酮或丙烯酸盐材料构成，用于隔离杂光，给光纤提供一定的机械保护。由尼龙或其他有机材料构成的套层主要是起到提高机械强度、保护光纤的作用。 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 （2）光纤的分类 　　按纤芯和包层材料性质分类为玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤等；按纤芯的折射率分布的不同可以分阶跃型、渐变型和W型三种，如图所示；按照光纤的传输模式可以分成单模光纤和多模光纤。 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 　　折射率分布不同的光纤纤芯 　　纤芯的直径和折射率决定了光纤的传输特性，图表示了三种不同光纤的纤芯和折射率对光线传播的影响。 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 　　光纤类型和全反射形式 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 11 单模光纤纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2，纤芯直径只有8~10μm，接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，所以称为单模光纤，其信号畸变很小，用在大容量长距离的系统。 　　阶跃型的纤芯折射率分布和单模光纤相似。这种光纤一般纤芯直径2a=50～80μm，光纤纤芯的折射率各点分布均匀、一致，特点是信号畸变大，只能用于小容量短距离系统。 　　渐变型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。纤芯直径2a为50μm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小，适用于中等容量中等距离系统。 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 一、光纤的基本概念 12 　　1.光纤传感器 　　光纤传感器是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感器。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易被各种光检测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高速发展的现代电子装置和计算机相匹配。 　　光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线，同时光纤也是一种优良的敏感元件；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。 二、光纤传感器 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 　　2.光纤的分类 　　根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器分为功能型、非功能型两大类。 　　（1）功能型（全光纤型）光纤传感器 利用光纤本身感受被测量变化而改变传输光的特性，光纤既是传光元件，又是敏感元件。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来进行被测量的检测，所以这类传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。这类传感器主要使用单模光纤。 二、光纤传感器 任务一 光纤传感器在位移检测中的应用 　　功能性光纤结构示意图　　　　　　　非功能型光纤的