讲光纤调制检测技术详解精选课件PPT

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第十二讲、 光纤调制检测技术
1、光纤温度传感器 2、反射式光纤位移传感器 光纤光栅光学应变计
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外界参量
光 光纤 信号 光纤 光探
源
调制
测器
信号 处理
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1、光纤温度传感器
Βιβλιοθήκη Baidu阻光型
砷化镓片
LED
光纤
PIN
光纤
I
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T1
T2 T3 LED
T1<T2<T3
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按下式方法计算应变
k：
λ：
λ0 ： λc ： λ0C ：
应变计系数 当前波长 零测量时的波长 补偿传感器的波长 补偿传感器在零测量时的波长
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光学测量的优越性
获得高精度的测量结果： 即使在高应变和长期负载状况下，你依然可以在恶劣环境下获得高精度的测量 结果，例如，高电压系统中。 获得可靠的数据： 使用光学应变计，距离和电缆的长度的影响可以忽略. 即使测量距离有数百米 远，也不会影响测量质量.
(d)共轴外发射分布。
(c)
(d)
图 发射光纤与接收光纤的四种分布
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例子：发射、接收各300根光纤组成一根0.762mm的光 缆。光纤内芯是折射率为1.62的火石玻璃,包层是折射 率为1.52的玻璃。
光缆被分成两支,一支用于发射光,一支用于接收光。 光源是2.5V的白炽灯泡,接收元件是光电池。检测器输
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风力发电设备远程测控
在格架结构的应变点上安装电子和光纤应变计，并传输测量值到控 制中心。其目的是测试离岸风电场以便获得稳定且可重复的测量结 果。安装了70 个应变计， 许多测量点都进行了双重配置，也就是 同时安装了电子应变计和光纤应变计。
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西班牙某大学采用 光学应变片对钢筋混凝土梁 进行应力测试
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光栅是刻在纤芯上的，应变计反射的波长标在了包装上 。应变计与解调器（是一种光电分析仪）一起使用时可以对 应变信号进行调节。 多个光学应变计的信号（不同的波长变量）也可以通过 一根光纤传输。实现分布测量。
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三、解调器
解调器的测量值是应变计反射信号的波长。 应变与波长成正比。 传感器包装上标明的应变计系数就是比例系数。
出与光强成正比的电信号。对于每0.25μm位移产生1V 的电压输出,分辨率是0.025μm。
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3、波长调制型--光纤光栅光学应变计
光学效应：基于应变导致的波长的改变 优点:光学应变计与电（阻）应变计相比具有明显的优势
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一、光纤应变计用途和组成
布拉格光学应变计测量频率较低的应力、温度、压力等 静态测量，近几年发展迅猛。一般采用不超过 4-9 微米直径 的布拉格光栅 玻璃纤维 制造。人的头发直径为60-80微米.纤 维芯被直径大约125 微米的纯玻璃覆盖层所包围。
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1、无温度补偿
恒温时才可以忽略温度效应，根据下式计算应变： 式中：
K：应变计灵敏系数 λ：测量时波长 λ0：零测量时的波长
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2、有温度补偿
使用二个应变片，一片作为测量片，另一片作为补偿FBS （布拉格光纤传感器）。 传感器必须与补偿的光学应变计放在相同的物体材料上 ，并且与光学应变计的温度相同。但是在该点，物体不得承受 任何机械应变（热膨胀引起的除外），也就是说，应该是一块 单独的物体材料。两个光学应变片可以在同一光纤内，也可以 在不同的光纤内
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二、光纤应变计工作原理
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二、光纤应变计工作原理
光学应变计的应变引起波长的改变，波长变化与应变成 正比。
布拉格光纤光栅工作原理的基础是辐射光在特定的波长 范围内会被布拉格光栅反射，该波长就是所谓的布拉格波长， 而不是透视。
例如1510nm至1590nm范围内的辐射光。
λ
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2、反射式光纤位移传感器
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。其工作原理如下图
光源
光敏 元件
发射 光束
被测 目标
接收 光束
(a ) 光源
光敏 元件
探头 到被测 目标 平面距 离
发射 光束 B2
A B1
(b )
接收 光束
C
被测 目标
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在前坡区,曲线有近似线性 区, 可以用来进行微米级的 位移测量。在后坡区,信号 的减弱约与探头和被测表
输 出
坡
前
光峰 后
坡
面之间的距离平方成反比,
可用于距离较远而灵敏度、 O 位移
线性度和精度要求不高的
测量。。
图7-20 位移-输出信号曲线
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光纤探头端部的发射光纤和接收光
纤的分布状况对探头测量范围
和灵敏度的大小有较大影响。
常有以下四种分布: (a)随机分布;
(a)
(b)
(b)半球形对开分布;
(c)共轴内发射分布;
此项测试已经进行了两年，其目的是为了使用碳纤维材料来加强钢筋混 凝土梁的强度.
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Thank you
感谢聆听 批评指导
汇报人：XXX 汇报日期：20XX年XX月XX日
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