透射式光纤传感器 (2)幻灯片.ppt

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1、透射式光纤传感器第1页，共15页，编辑于2022年，星期三透射式光纤传感器的原理图第2页，共15页，编辑于2022年，星期三发射光纤与接收光纤对准，光强调制信号加在移动的遮光板上，或者直接移动接收光纤。使接收光纤只能收到发射光纤发出的部分光，从而实现调制。图5-6（a）为动光纤式光强调制模型，用来测量位移、压力、温度等物理量。这些物理量的变化使接收光纤的轴线相对于发射光纤错开一段距离x.光强按5-6（b)所示的曲线减弱。图中D是纤芯直径。光强度调制器的线性度和灵敏度都很好第3页，共15页，编辑于2022年，星期三带有遮光屏的透射式光强调制结构 采用双透镜系统使入射光纤在出采用双透镜系统使入射光

2、纤在出射光纤上聚焦，遮光屏在垂直于射光纤上聚焦，遮光屏在垂直于两透镜之间的光传播方向上下移两透镜之间的光传播方向上下移动。这种传感器光耦合计算方法动。这种传感器光耦合计算方法与反射式传感器是一样的与反射式传感器是一样的.在上述的简化分析限定范围内，在上述的简化分析限定范围内，比值比值/r/r与可移动遮光屏及两透与可移动遮光屏及两透镜问半径为镜问半径为r r的光柱相交叠面积的的光柱相交叠面积的百分比百分比。不用透镜的两光纤直接耦合系统，结构不用透镜的两光纤直接耦合系统，结构虽然简单，但也能很好地工作。只是接虽然简单，但也能很好地工作。只是接收光纤端面只占发射光纤发出的光锥底收光纤端面只占发射光纤

3、发出的光锥底面的一部分，使光耦合系数减小，灵敏面的一部分，使光耦合系数减小，灵敏度也降低一个数量级度也降低一个数量级(r/dT)2(r/dT)2。第4页，共15页，编辑于2022年，星期三遮光屏是由等宽度，交替排列着的透明区和不透明区的光栅组成，其中一支为固定光栅，另一支为可移动光栅。第5页，共15页，编辑于2022年，星期三在简单的遮光屏透射式光强调制基础上，还可以改进以提高测量的灵敏度。利用两个周期结构的光栅遮光屏传感器，通过一对光栅遮光屏的透射率，从50(当两个屏完全重叠时)变到零(当一个屏的不透明条完全覆盖住另一个屏的透明部分)。在此周期性结构范围内，光的输出强度是周期性的。而且它的分

4、辨率在光珊条纹间距的10-6数量级以内。这是能够构成很灵敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础。第6页，共15页，编辑于2022年，星期三透射式光纤传感器的应用透射式光纤温度传感系统方框图第7页，共15页，编辑于2022年，星期三透射式光纤传感器实物图第8页，共15页，编辑于2022年，星期三遮光式光纤温度计遮光式光纤温度计 当温度升高时，双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输出光强发生变化。接收接收接收接收光源光源光源光源1 12 2第9页，共15页，编辑于2022年，星期三第10页，共15页，编辑于2022年，星期三v 该图为光纤温度测量系统示意方框图。它 主要由光源驱动

5、电路、发光二极管入射光纤、感温探头出射光纤、光电探测器及信号处理显示系统构成。v 驱动电路提供恒定电流使光源 LED发光，从光源发出的光通过光纤分路器将一部分光经光纤 A直接耦合到检测器 I0检测，作为参考信号。而另一部分光耦合到光纤A传至探头，由于探头对光的吸收随温度的变化而变化，因此从探头透射出的光成为受温度调制的光信号。调制光信号沿光纤输出，经接收光纤用检测器 I1检测出相对应的电信号。I1与 I0 经滤波放大后相除，这可消除光源光强的变化，此信号放大后经 AD 转换，再送入单片机进行温度补偿和线性处理，转换成相 应的温度，通过显示器显示输出。第11页，共15页，编辑于2022年，星期三

6、v基于透射式强度调制的光纤温度传感器因其具有最著优点，存近十年来得到了长足发展。其主要类型有如下几种：传统的双金属型光纤温度传感器(又称为经典型)：此种光纤温度传感器，是将双金属片一端固定，入射光纤输出端和出射光纤接收端采用透镜的方式，使得入射光纤输出的光变成平行光，经过调制的光强再用透镜耦合到出射光纤，其工作原理是利用双金属片因温度变化而弯曲，因而改变了光路遮断程度进行测温。遮光板位移的程度取决于双金属片的变形度。第12页，共15页，编辑于2022年，星期三双金属片的位移量与温度变化的关系式为：式中：K是由双金属片的热膨胀系数、弹性系数和厚度比决定的常数；h双金属片的厚度(mm)；L双金属片的长度(mm)；t温度变化量()。第13页，共15页，编辑于2022年，星期三v 光纤常温传感器：它也是以双金属片为温度敏感元件，利用双金属片的热膨胀性，在外界温度发生变化时，通过双金属片带动光码盘转动，再用光纤输入两束光，通过光码盘，码盘转动时，出射光被调制成光脉冲输出。由两光脉冲的相位差则可判断温度变化的方向(升温和降温)。再通过对两路输出光信号的处理，可以得到计数器计数值和温度的关系。第14页，共15页，编辑于2022年，星期三第15页，共15页，编辑于2022年，星期三