傳感器及檢測技術(shù)（第四版）課件 18.光纖傳感器

……………光纖傳感器傳感器技術(shù)與應(yīng)用武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院

熊曉倩課程內(nèi)容CONTENTS光纖傳感器的組成和工作原理02光纖傳感器的具體應(yīng)用03什么是光纖01一、什么是光纖光纖

是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。

由兩層折射率不同的玻璃組成。內(nèi)層：

光內(nèi)芯，直徑在幾微米至幾十微米。外層：

直徑為0.1—0.2mm。

一般內(nèi)芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。光纖的基本結(jié)構(gòu)一、什么是光纖光纖

根據(jù)光的折射和全反射原理，當(dāng)光線射到內(nèi)芯和外層界面的角度大于產(chǎn)生全反射的臨界角時，光線透不過界面，全部反射。二、光纖傳感器的組成和工作原理基本原理：

是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測量參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位和偏振態(tài)等）發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號光，再經(jīng)過光纖送入光電探測器，獲得被測參數(shù)。二、光纖傳感器的組成和工作原理根據(jù)光纖在傳感器中的作用可以分為：1.功能型傳感器，又稱為傳感型傳感器。2.非功能型傳感器，又稱為傳光型傳感器。光纖傳感器光源傳輸光纖光電探測器信號處理部分功能型光纖傳感器

是利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖(或特殊光纖)作為傳感元件，對光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制，使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化，再通過被調(diào)制過的信號進(jìn)行解調(diào)，從而得出被測信號。二、光纖傳感器的組成和工作原理功能型光纖傳感器

光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測量調(diào)制。由于光纖本身是敏感元件，因此加長光纖的長度可以得到很高的靈敏度。優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高。缺點(diǎn)：

實(shí)現(xiàn)難度高，一般需用特殊光纖，成本高。二、光纖傳感器的組成和工作原理非功能型光纖傳感器

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(zhì)，不是敏感元件。一般是在光纖端面或中間放置透光材料、機(jī)械式或光學(xué)式的敏感元件感受被測物理量的變化，使透射光或發(fā)射光隨之變化。二、光纖傳感器的組成和工作原理優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡單、可靠，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：

靈敏度一般比功能型光纖傳感器低，測量精度也差一些。二、光纖傳感器的組成和工作原理非功能型光纖傳感器三、光纖傳感器的具體應(yīng)用1.石油石化

光纖傳感器可以克服惡劣的井下環(huán)境取代傳統(tǒng)的電子傳感器，使用光纖傳感技術(shù)，可以對能源開采設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)施和儲存設(shè)施情況進(jìn)行監(jiān)控，可以實(shí)時了解其各個部位的溫度、振動、所受應(yīng)力。相比于過去的人工使用設(shè)備進(jìn)行沿線檢測，這種方式極大地提高了安全檢測的可靠程度和效率。在油管中清管器跟蹤定位系統(tǒng)原理圖三、光纖傳感器的具體應(yīng)用2.城市建筑

在建筑工程中，可以利用光纖傳感器實(shí)時監(jiān)測橋梁、大壩、重要建筑物等的溫度、應(yīng)力、壓力、振動、傾角等物理量，以評估其短期及長期的結(jié)構(gòu)安全性能。例如光柵壓力傳感器可預(yù)埋在混凝土等材料中，用于測試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動荷載應(yīng)力。

在大型工程中，因?yàn)樾枰獙?shí)時監(jiān)測，并且范圍較廣，所以主要使用的是連續(xù)性分布式光纖傳感器。三、光纖傳感器的具體應(yīng)用3.電力系統(tǒng)

在電力系統(tǒng)中，需要測定溫度、電流等參數(shù)，由于電類傳感器易受強(qiáng)電磁場的干擾，無法在這些場合中使用。光纖電流互感器無油無氣、安全環(huán)保、響應(yīng)速度快、動態(tài)范圍大，已成為電流測量的主要發(fā)展方向，在電力系統(tǒng)尤其是直流輸電工程中具有不可替代的作用。在電力系統(tǒng)光纜監(jiān)測中基于BOTDR傳感系統(tǒng)原理圖自找三、光纖傳感器的具體應(yīng)用4.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

光纖傳感器可實(shí)現(xiàn)極小的尺寸，不受電磁干擾，能通過最小限度的侵害方式測量人體局部組織內(nèi)的溫度、壓力、聲波場的精確信息。具有小尺寸且不受電磁干擾的光纖傳感器在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中非常重要。光纖內(nèi)窺鏡原理圖三、光纖傳感器的具體應(yīng)用5.軍事領(lǐng)域

光纖傳感在軍用領(lǐng)域同樣存在龐大的市場需求。軍事應(yīng)用的光纖傳感器可用于水聲探潛（光纖水聽器）、光纖制導(dǎo)、姿態(tài)控制（光纖陀螺）、航天航空器的結(jié)構(gòu)損傷探測以及戰(zhàn)場環(huán)境的探測等方面。

在航天航空領(lǐng)域中，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用光纖陀螺精確制導(dǎo)。光纖陀螺還可以應(yīng)用于雷達(dá)無人控制直升機(jī)的姿態(tài)控制。光纖陀螺儀原理圖三、光纖傳感器的特點(diǎn)1.傳感器端無需供電，是無源器件；2.電絕緣性能好，抗高電磁干擾能力強(qiáng)；3.高靈敏度