光纤振动传感器详解ppt课件.ppt

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1、2022/12/16,1,光纤振动传感器,2022/12/16,2,内容提要,光纤振动传感器的应用和展望,光纤振动传感器的分类,光纤振动传感器的原理,光纤振动传感器的简介,1.光纤振动传感器的简介,振动是自然界中的一种常见现象，在工程实践中对于振动问题的合理解决方案，具有重要的工程应用价值。从居民小区安全保障到输油管线维护以及地震监测、海啸监测到处都可以看到振动传感器的身影。,光纤振动传感器,分布式光纤振动传感器,电缆光纤振动传感器,高精度光纤振动传感器,2022/12/16,6,内容提要,光纤振动传感器的应用和展望,光纤振动传感器的分类,光纤振动传感器的原理,光纤振动传感器的简介,光纤振动传

2、感器的应用和展望,光纤振动传感器的分类,光纤振动传感器的原理,光纤振动传感器的简介,2022/12/16,7,2. 光纤振动传感器的原理,光纤振动传感器应用了“光弹效应”的机理。当有外界扰动作用在光缆上时，将引起光缆中光纤的长度和折射率等光学传输特性发生变化，从而引起感应光纤中传输光相位、波长等参量的变化。,光弹效应原理：,2022/12/16,9,内容提要,光纤振动传感器的应用和展望,光纤振动传感器的分类,光纤振动传感器的原理,光纤振动传感器的简介,2022/12/16,10,3. 光纤振动传感器的分类,光纤振动传感器,相位调制,波长调制,强度调制,偏振态调制,模式调制,(1)强度调制型光纤

3、振动传感器,光纤悬臂梁结构 其工作原理是从光纤传来的光经过梯度透镜光被梯度透镜准直,成为平行光,出射后光被置于前方的悬臂梁上的平弹片挡住一部分,其余部分光经反射镜反射回梯度透镜,聚焦于光纤上。外壳与外部刚性连接,外部振动时外壳也振动,悬臂梁和质量块因惯性力的作用,相对外壳位置发生上下变化,使遮挡光的面积变化,反射回的光强也就发生变化。通过检测接收光纤的光强可以获得光斑位置的变化,从而得到加速度的信息。,采用自聚焦透镜的光纤振动传感器 工作原理：在1/4节距的自聚焦透镜的一端镀反射膜,其上套敏感质量块,并由弹性膜支撑于壳体上。在自聚焦透镜的另一端相对的壳体上并置关于GRIN透镜中心轴对称的发射光

4、纤和接收光纤,所以入射光经GRIN透镜反射后,进入到接受光纤当中,弹簧膜振动的时候带动GRIN透镜振动,耦合光功率发生了变化,其耦合光功率的大小与位移X有关,从而利用这个耦合关系实施对微位移X的测量,进而间接地测量出加速度的数值。,(2)相位调制型光纤振动传感器,光纤相位调制原理 光纤的相位调制是指当传感光纤受到外界机械振动作用时，外界信号通过光纤的力应变效应、热应变效应、弹光效应及热光效应使传感光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变化，从而导致光纤中的光传输延迟引起相位变化，以实现对光相位的调制。光纤的相位调制中的通常用来测量振动的为马赫-泽德型光纤干涉仪。,马赫一泽德干涉型光纤传感器的原理 这

5、种传感器是由两根光纤即信号光纤和参考光纤组成。激光器发出的光经过光纤耦合器分两路至参考光纤和信号光纤中。当有振动或者压力信号作用于光纤信号臂时，会引起信号臂光纤的几何尺寸和折射率等参数发生变化，导致在其中传输的光波相位产生变化，从而两束光再次相遇时发生干涉形成干光，干涉光再经光电转换变为与被测量成比例的电信号。,(3)波长调制型光纤振动传感器,波长调制传感原理： 被测场（参量）与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光的波长改变，进而通过测量光波长的变化量来确定被测参量。由于波长调制技术对其引起光纤或连续损耗增加的某些器件的稳定性不敏感，广泛用于液体浓度的化学分析，磷光和荧光现象分析，黑体辐射分析等

6、方面。,光纤布拉格光栅传感器工作原理 光纤光栅的反射或透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度或应变的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射峰波长的变化，这就是光纤光栅传感器的基本工作原理。,光纤光栅传感器的光路原理图,光纤光栅振动传感器工作原理： 它是由机械悬臂梁一端固定在封装壳上，与待测的物台连接。在测量振动时，振动源和物台同时振动，而引起悬臂梁振动。由振动惯性力的作用下，悬臂梁发生机械振动，带动两个光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起FBG的布拉格波长发生变化，通过探测波长的信息前后是否一致，就能实现振动测量。,光纤光栅振

7、动传感器原理图,(4)偏振态调制型光纤振动传感器,工作原理：这是一种基于光弹效应的偏振型光纤振动传感器。光源发出的光经过起偏器后变为线偏振光，线偏光经过光弹性元件后成为椭圆偏振光，椭圆偏振光经过检偏器（是由偏振片组成的）、光探测器后即可以得到被测振动信息。,偏振态调制型光纤振动传感器,(5)模式调制型光纤振动传感器,基本原理是:相千光源（在此为激光束）发出的光进入一段多模光纤,光纤中将有许多模式相互干涉,并在输出端产生一种随机的干涉图像,称为散斑。输出端的干涉图像对外界环境非常敏感,当有振动信号施加在多模光纤上时,将改变光纤中各模式之间的干涉,最终改变散斑的分布。通过测量散斑分变化情况，即可获

8、知外界被测振动信号,模式调制型光纤振动传感器,2022/12/16,28,内容提要,光纤振动传感器的应用和展望,光纤振动传感器的分类,光纤振动传感器的原理,光纤振动传感器的简介,2022/12/16,29,4. 光纤振动传感器的应用和展望,一、应用 光纤振动传感己成为现代化传感领域的一个重要研究方向,在大型建筑、航空、船舶、电力、煤矿和石油等领域的安全健康监测方面有着广阔的应用前景。,光纤振动传感器在安防周界的应用,光纤振动传感器在电缆故障中的应用,北京地铁一号线健康监测,土木工程中安全检测,管道安全防御系统传感示意图,33,以光纤振动传感器应用在安防周界做详细介绍 用作周界安防技术时，用光缆埋设于地下，或者敷设在监控区域周界的篱色、围栏、墙壁上，通过对各种进入周界的侵入行为引起的振动，实现监测。,二、 展望 作为一种全新的安全监控的技术，光纤振动报警系统在安装更加方便、防电磁干扰和智能化等方面具有不可替代的优势，有望成为新一代的安全监控技术。,2022/12/16,36,谢谢！,