(1.3)--7光电检测技术.ppt

《(1.3)--7光电检测技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(1.3)--7光电检测技术.ppt（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、7.3 7.3 光纤传感中的光纤传感中的电光电光效应效应偏振调制光纤传感器利用光波的这些偏振性质，可以制成光纤偏振调制传感器。光纤传感器中的偏振调制器常用电光、磁光、光弹等物理效应进行调制。偏振调制物理效应 普克尔效应 法拉第效应 光弹效应电光效应（电致双折射）：某些晶体材料在外加电场作用下产生各向异性的折射率变化。n E+kE2 普克尔效应（一次电光效应,Pockels，1893）：当电场加在晶体上时，折射率的变化是线性的（在不对称中心的晶体中）如：ADP（磷酸二氢铵）、KDP（磷酸二氢钾）、KD*P（磷酸二氘钾）n E 一、普克尔效应 分析方法：一、电磁场理论 二、折射率椭球的方法 在折射

2、率主轴坐标系中，折射率椭球的一般方程表述：式中，x,y,z 为主轴方向，nx,ny,nz为主折射率，该方法可以表述光场在晶体中的传播特性。折射率椭球各系数在外电场的作用下的变化量折射率椭球变形晶体上施加外电场电致折射率变化折射率椭球发生变化KDP（磷酸二氢钾）的纵向电光效应沿Z轴加电场时,g63 电光系数,Ez电场强度yxyx加电压前加电压前P1P2 lKDP的纵向电光效应P1P2 lU不加电压不加电压加电压加电压P1P2 lKDP的横向电光效应U横向加横向加电压电压半波电压 利用普克耳效应的光纤电压传感器示意图。调制器晶体可用硅酸铋（BSO）晶体。传感器工作过程是，从激光器射出的光由起偏器变

3、为平面偏振光，再入射到调制器电光晶体上。由于电光效应的作用，从电光晶体射出的光变为椭圆偏振光，经14波片获得一光学偏置，最后经检偏器输出。输出的光强为：是晶体中两正交平面偏振光的相位差。END7.4 7.4 光纤传感器举例光纤传感器举例一、光纤位移传感器 反射式光纤位移传感器结构如图所示。根据被测目标表面光反射至接收光纤束的光强度的变化来测量被测表面距离的变化。所使用光纤束的特性是影响这种类型光纤传感器的灵敏度的主要因素之一。在光纤探头的端部,发射光纤与接收光纤一般有四种分布:(a)随机分布;(b)半球形对开分布;(c)共轴内发射分布;(d)共轴外发射分布，如图所示。典型位移输出曲线如图所示。

4、在输出曲线的前坡区I,输出信号强度增加得很快,这一区域可以用于微米级的位移测量。在后坡区II,信号的减弱约与探头和被测表面之间的距离平方成反比,可用于距离较远而灵敏度、线性度和精度要求不高的测量。1、探头紧贴被测件时，无光接收没有电信号。2、被测表面逐渐远离探头时，有一个线性增长的输出信号。有一最大输出值“光峰点”。3、继续远离时，输出信号越来越弱，与距离平方成反比。光纤液位传感器(a)Y型光纤；(b)U型光纤；(c)棱镜耦合 二、光纤液面位移传感器 图(c)结构中，两根多模光纤由棱镜耦合在一起，它的光调制深度最强，而且对光源和光电接收器的要求不高。由于同一种溶液在不同浓度时的折射率也不同，所

5、以经过标定，这种液位传感器也可作为浓度计。光纤液位计可用于易燃、易爆场合，但不能探测污浊液体以及会粘附在测头表面的粘稠物质。光纤耦合器单光纤液位传感器结构单光纤液位传感器结构 将光纤的端部抛光成45的圆锥面。当光纤处于空气中时，入射光大部分能在端部满足全反射条件而返回光纤。当传感器接触液体时，由于液体的折射率比空气大，使一部分光不能满足全反射条件而折射入液体中，返回光纤的光强就减小。利用X形耦合器即可构成具有两个探头的液位报警传感器。同样，若在不同的高度安装多个探头，则能连续监视液位的变化。防液滴附着的方法 反射膜 突出物 上述探头在接触液面时能快速响应，但在探头离开液体时，由于有液滴附着在探

6、头上，故不能立即响应。为了克服这个缺点，可将探头的结构作一些改变，如图。将光纤端部的尖顶略微磨平，并镀上反射膜。这样，即使有液体附着在顶部，也不影响输出跳变。进一步的改进是在顶部镀反射膜外贴上一突出物，将附着的液体导引向突出物的下端。这样，可以保证探头离开液位时也能快速地响应。浸液自聚透镜光纤水银三、光纤温度传感器水银式光纤温度开关左图为一种简单的利用水银柱升降温度的光纤温度开关。可用于对设定温度的控制，温度设定值灵活可变。下图为利用双金属热变形的遮光式光纤温度计。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。这种形式的光纤温度计能测量1050的温度。

7、检测精度约为0.5。它的缺点是输出光强受壳体振动的影响，且响应时间较长，一般需几分钟。接收光源遮光板双金属片遮光式光纤温度计四、光纤压力传感器反射式光纤压力传感器是在前面介绍的光纤位移传感器的探头前面加上一个膜片构成的，其结构如图所示。膜片反射式光纤压力传感器示意图光源接收121 Y形光纤束 2 壳片 3 膜片3P上图为简单的利用Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器。在Y形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。D DS SF FF F变形器变形器光纤光纤A A 1 1 n n0 0n n2 2n n1 1 2 2 3 3微弯光纤压力传感器 光纤被夹在一对锯齿板中间，当光纤不受力时，光线从光纤中穿过，没有能量损失。当锯齿板受外力作用而产生位移时，光纤则发生许多微弯，这时在纤芯中传输的光在微弯处有部分散射到包层中.