光纤传感器的应用ppt课件.ppt

光纤传感器的应用,陈 安 元,1030650170,各种装饰性光导纤维,光缆的外形及光纤的拉制,光纤传感器外形,光纤传感器的分类,光纤传感器一般分为两大类：一类是传光型，也称非功能型光纤传感器；多数使用多模光纤，以传输更多的光量。一类是传感型，或称为功能型光纤传感器。传感型光纤传感器，是利用被测对象调制或改变光纤的特性，所以只能用单模光纤。,1、功能型传感器,利用光纤本身具有的某种敏感功能。光纤一方面起传输光的作用，另一方面作为敏感元件，被测物理量的变化将影响光纤的传输特性，从而将被测物理量的变化转变为调制的光信号。也称传感型光纤传感器。,2、非功能型光纤传感器非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号所以也称为传光型传感器或混合型传感器。,光纤的结构,中央称为芯子, 高折射率的玻璃材料制成，直径只有几十微米；芯子外面有包皮, 低折射率的玻璃或塑料制成，100-200微米；最外层为保护层, 保证入射到光纤内的光波集中在芯子内传输。,光纤传感器特点,传光性能良好，光损耗小,最高0.2dB/km;频带宽、可进行超高速测量；灵敏度、线性好；体积小、重量轻，适应于非接触、远距离、恶劣环境测量。,原 理,激光束通过分束器、光纤入射到振动体上的一点，反射光作为信号光束，经过同一光学系统，被引入到探测器。参考光束是从由部分透射面R上反射产生的。在实际系统中，用光纤输出端面作为R面。信号光束只受到垂直振动分量Ucost的调制。由于振动体使反射点靠近或远离光纤，从而改变了信号光束的光路长度，相应改变了信号光与参考光的相对相位，产生了相位调制。信号光与参考光之间的相位差为：,式中，为激光波长，为光波圆频率。,光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而形成的一门崭新的传感技术。 光纤传感器的传感灵敏度要比传统传感器高许多倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性等很多特殊环境下正常工作，还可以与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统。,光纤传感器应用前景,光纤传感技术是许多经济、军事强国争相研究的高新技术，它可广泛应用于国民经济的各个领域和国防军事领域。在航天（飞机及航天器各部位压力测量、温度测量、陀螺等）、航海（声纳等）、石油开采（液面高度、流量测量、二相流中空隙度的测量）、电力传输（高压输电网的电流测量、电压测量）、核工业（放射剂量测量、原子能发电站泄漏剂量监测）医疗（血液流速测量、血压及心音测量）、科学研究（地球自转，敏感蒙皮）等众多领域都得到了广泛的应用。 由于光纤传感器具有高灵敏度、耐腐蚀、抗干扰、体积小等优点，使用范围广泛，可以检测温度、压力、角位移、电压、电流、声音和磁场等多种物理量。因而深受各方面欢迎，军民兼用，效果很好，发展速度快。,光纤传感器的应用图示与解析,倒车雷达方面的应用,倒车雷达，又称泊车辅助系统，或称倒车电脑警示系统。它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。它能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性,现在市面上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，将汽车的挡位推到R挡，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使驾驶者倒车时不至于撞上障碍物。整个过程，驾驶者无须回头便可知车后的情况，使停车和倒车更容易、更安全。,距离大于厘米：不发出警示音；距离介于至厘米：发出第一种警示音；距离小于厘米：发出第二种警示音。,具体地说，倒车雷达的工作原理为：首先连接电源并打开，车辆进入倒挡时，探测器主机自动进入工作状态，同时显示器波段亮起。然后，用专用钻头在保险杠上开孔，并将探测器分别装入孔内。根据车主倒车和停车的习惯，四个探头探测器分别安装在汽车的尾部或者两侧安装两个。安装好探测器主机在适当的位置，将显示器夹在车内后视镜上，就开始正常工作。,光纤式光电开关应用,标志孔,电路板标志检测,当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。,光纤 耦合器,传输光纤,出射光纤,图1,采用遮断型光纤光电开关对IC 芯片引脚进行检测,图2,专用的光纤连接头及光纤插座,光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。,发光二极管产生多种颜色的光线，通过光导纤维传导到东方明珠球体的表面。在计算机控制下，可产生动态图案。,上海东方明珠,光纤液位传感器,保护管内为高温光纤,低温光纤,光纤温度传感器,光纤式光电开关应用,遮断型光纤光电开关,出射光纤,接收光纤,与光纤耦合的电光与光电转换器件,实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。,激光二极管,激光二极管芯片,激光二极管的简单原理 半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为的光子，其公式如下： =hc/Eg (1),式中：h普朗克常数；c光速；Eg半导体的禁带宽度。 上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光激光，这就是激光二极管的简单原理。,光纤传感器在医学上的应用,光纤传感器在军事方面的应用,光纤传感器在环境保护方面的应用,Thank You,