光前傳感器的應用和發(fā)展

光前傳感器的應用和發(fā)展第一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器英文名稱：opticalfibertransducer定義1：利用光導纖維的傳光特性，把被測量轉換為光特性(強度、相位、偏振態(tài)、頻率、波長)改變的傳感器。應用學科：航空科技（一級學科）；飛行控制、導航、顯示、控制和記錄系統(tǒng)（二級學科）

定義2：利用光纖技術和光學原理，將感受的被測量轉換成可用輸出信號的傳感器。應用學科：機械工程（一級學科）；傳感器（二級學科）；傳感器一般名詞（三級學科）第二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器第三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器概述近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中，光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細、質軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人達不到的地方（如高溫區(qū)），或者對人有害的地區(qū)（如核輻射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。第四頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器優(yōu)點一。靈敏度較高；二。幾何形狀具有多方面的適應性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；三。可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉等）的器件；四?？梢杂糜诟邏骸㈦姎庠肼?、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境；第五頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器光纖傳感器應用：絕緣子污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。第六頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器光纖傳感器可以分為兩大類：一類是功能型（傳感型）傳感器;另一類是非功能型（傳光型）傳感器。一、功能型傳感器功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,被測量對光纖內傳輸?shù)墓膺M行調制,使傳輸?shù)墓獾膹姸?、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化,再通過對被調制過的信號進行解調,從而得出被測信號。光纖在其中不僅是導光媒質，而且也是敏感元件，光在光纖內受被測量調制，多采用多模光纖。優(yōu)點：結構緊湊、靈敏度高。缺點：須用特殊光纖，成本高，典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等第七頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖傳感器二、非功能型傳感器非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化,光纖僅作為信息的傳輸介質，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調制。優(yōu)點：無需特殊光纖及其他特殊技術；比較容易實現(xiàn)，成本低。缺點：靈敏度較低。實用化的大都是非功能型的光纖傳感器。光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術，可以用來測量多種物理量，比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現(xiàn)有測量技術難以完成的測量任務。在狹小的空間里，在強電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨特的能力。目前光纖傳感器已經(jīng)有70多種，大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。所謂光纖自身的傳感器，就是光纖自身直接接收外界的被測量。第八頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖陀螺儀簡介現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。第九頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖陀螺儀工作原理陀螺儀原理上就是運用物體高速旋轉時，角動量很大，旋轉軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質，所制造出來的定向儀器.傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。Vali等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展,由于光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經(jīng)完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導航儀器中的關鍵部件。第十頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖陀螺儀

第十一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖陀螺儀分類光纖陀螺儀的分類方式有多種。依照工作原理可分為干涉型、諧振式以及受激布里淵散射光纖陀螺儀三類。其中，干涉型光纖陀螺儀是第一代光纖陀螺儀，它采用多匝光纖線圈來增強薩格納克效應，目前應用最為廣泛；按電信號處理方式不同可分為開環(huán)光纖陀螺儀和閉環(huán)光纖陀螺儀，一般來說閉環(huán)光纖陀螺儀由于采取了閉環(huán)控制因而擁有更高的精度；按結構又可分為單軸光纖陀螺儀和多軸光線陀螺儀，其中三軸光纖陀螺儀由于體積小、可測量空間位姿因而是光纖陀螺儀的一個重要發(fā)展方向。第十二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖陀螺儀四、研究現(xiàn)狀自從1976年美國猶他大學的VALI和SHORTHILL等人成功研制第1個光纖陀螺(fiber-opticgyroscope,FOG)以來，光纖陀螺已經(jīng)發(fā)展了30多年。在30多年的發(fā)展過程中，許多基礎技術如光纖環(huán)繞制技術等都得到了深入地研究。光纖陀螺儀的突出特點使其在航天航空、機載系統(tǒng)和軍事技術上的應用十分理想，因此受到用戶特別是軍隊的高度重視，以美、日、法為主體的光纖陀螺儀研究工作已取得很大的進展。光纖陀螺儀研究工作大部分集中在干涉式，只有少數(shù)公司仍在研究諧振式光纖陀螺。光纖陀螺的商品化是在上世紀90年代初才陸續(xù)展開，中低精度的光纖陀螺(特別是干涉式光纖陀螺)己經(jīng)商品化，并在多領域內應用，高精度光纖陀螺儀的開發(fā)和研制正走向成熟階段。我國也非常重視光纖陀螺技術的研究，上世紀80年代后,許多大學和研究所相繼啟動光纖陀螺的研發(fā)項目，如航天工業(yè)總公司所屬13所和上海803所、北京航空航天大學、清華大學、浙江大學等，也取得了一定的成績，如1996年，航天總公司13所成功研制采用Y分支多功能集成光路、零偏穩(wěn)定性達全數(shù)字閉環(huán)保偏光纖陀螺，浙江大學和Honeywell公司幾乎同時發(fā)現(xiàn)利用消偏可提高精度等。國內的光纖陀螺研制水平雖然與國際水平有一定距離，但已具備或接近中、低精度要求，并在近年來開始嘗試產業(yè)化。我國海軍新型導彈配光纖陀螺儀發(fā)射試驗3發(fā)3中，也標志我國的光纖陀螺儀技術取得了很大的成功。第十三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期日光纖陀螺儀發(fā)展趨勢光纖陀螺成本低、維護簡便，正在許多已有系統(tǒng)上替代機械陀螺，從而大幅度提高系統(tǒng)的性能、降低和維護系統(tǒng)成本?，F(xiàn)在，光纖陀螺已充分發(fā)揮了其質量輕、體積小、成本低、精度高、可靠性高等優(yōu)勢,正逐步替代其他型陀螺。今后光纖陀螺的研究趨勢