光纤气体传感器117页PPT
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传感器9 光纤传感器幻灯片PPT
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(c) 拾光型光纤传感器
用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的 光或被其反射、散射的光。
典型例子： 光纤激光多普勒速度计 辐射式光纤温度传感器
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9.2 光调制与解调技术
光就是一种横波，
光的电矢量E E B si n t ()
可以用被测量调制光的不同参数，例如： 光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制
9.1.1 光纤波导原理 光纤波导简称光纤，是用透光率高的电介质(石英、
玻璃、塑料等)构成的光通路。 由略圆大柱 于形 包内 层芯 的和 折包射层率组n2成。，而且内芯的折射率n1 通常直径为几微米到几百微米
光纤的构造
涂覆层 包层 纤芯
护套
光的反射、折射
当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到与 介质2的分界面上时，一局部能量反射回原介质；另 一局部能量那么透过分界面，在另一介质内继续传 播。
sin i n 1 2n2 2si2nr
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当θr =90°的临界状态时，对应的入射角为：
sin i0 n1 2n2 2
Sin θi0定义为“数值孔径〞NA〔Numerical Apertu
N s A ii0n n 12 i0 arN cs A
其中： (n 1 n 2)/n 1 相对折射率差
非功能型：利用其他敏感元件感受被测量的变化 ，光纤仅做为光的传输介质。所以也称为传光型传感 器．或混合型传感器。
a类：功能型 FF
b类：非功能 型NF
C类：拾光型 NF
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(a) 功能型〔全光纤型〕光纤传感器
光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是 敏感元件，光在光纤内受被测量调制。 优点：构造紧凑、灵敏度高。
《光纤传感器》PPT课件
光导纤维的主要参数
1. 数值孔径（NA）
2. 光纤模式
3. 传播损耗
返返 回回
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1. 数值孔径（NA）
2 NA sin i n12 n2
反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。
意义：无论光源发射功率有多大，只有 2θi 张角 之内的光功率能被光纤接受传播。
差动式膜片反射型光纤压力传感器
1．输出光纤
2．输入光纤
3．输出光纤
4．胶
5．膜片
I 2 1 Ap A―常数； 两束输出光的光强之比 I 1 1 Ap p―待测量压力
输出光强比I2/I1与膜片的反射率、光源强度等因素均无关
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将上式两边取对数，在满足(Ap)2≤1时，得到
传感器的固有频率可表示为
2.56t gE fr p 2 2 R 3 (1 )
式中, ρ――膜片材料的密度； g――重力加速度。 结构简单、体积小、使用方便， 光源不够稳定或长期使用后膜片的反射率有所下降，
其精度就要受到影响。
返
回
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The most commonly used type of fiberoptic sensor is an intensity sensor, where light intensity is modulated by an external stimulus
光纤传感器强度调制
非 干 涉 型
光纤传感器偏振调制
光纤传感器频率调制
注：MM——多模光纤；SM——单模光纤；PM——偏振保持光纤
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光纤传感器ppt讲解可修改文字
NA n12 n22
n n 1为纤芯折射率 ， 2 为包层折射率
arcsinNA是一个临界角，
θ> arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；
θ< arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。
数值孔径的意义是无论光源发射功率有多大，只有2 张角之内的光被
光纤接受传播。一般希望光纤有大的数值孔径，这样有利于耦合效率的提高。 但数值孔径越大，光信号将产生大的“模色散”，入射光能分布在多个模式 中，各模式速度不同，因此到达光纤远端的时间不同，信号将发生严重的畸
非功能型光纤传感器
传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的媒介， 待测对象的调制功能是由其它光电转换元件实现的， 光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
三 介绍几种光纤传感器
1，光纤压力传感器
Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如 图。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。
6 光纤传感器的类型
光纤传感器按其作用方式一般分为两种类型： 一 功能型光纤传感器， 二 非功能型光纤传感器。
功能型光纤传感器
这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏 感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且 在被测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学 特性得到调制，调制后 的信号携带了被测信息。
（3）传输损耗
由于光纤纤芯材料的吸收、散射、光纤弯曲处的辐射损耗等 的影响，光信号在光纤中的传播不可避免地要有损耗，光纤的传输 损耗A可用下式表示
-10 lg I0
A=
I
L
式中 L ——光纤的长度 I0——光纤入射端的光强 I——光纤输出端的光强
n n 1为纤芯折射率 ， 2 为包层折射率
arcsinNA是一个临界角，
θ> arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；
θ< arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。
数值孔径的意义是无论光源发射功率有多大，只有2 张角之内的光被
光纤接受传播。一般希望光纤有大的数值孔径，这样有利于耦合效率的提高。 但数值孔径越大，光信号将产生大的“模色散”，入射光能分布在多个模式 中，各模式速度不同，因此到达光纤远端的时间不同，信号将发生严重的畸
非功能型光纤传感器
传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的媒介， 待测对象的调制功能是由其它光电转换元件实现的， 光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
三 介绍几种光纤传感器
1，光纤压力传感器
Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如 图。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。
6 光纤传感器的类型
光纤传感器按其作用方式一般分为两种类型： 一 功能型光纤传感器， 二 非功能型光纤传感器。
功能型光纤传感器
这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏 感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且 在被测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学 特性得到调制，调制后 的信号携带了被测信息。
（3）传输损耗
由于光纤纤芯材料的吸收、散射、光纤弯曲处的辐射损耗等 的影响，光信号在光纤中的传播不可避免地要有损耗，光纤的传输 损耗A可用下式表示
-10 lg I0
A=
I
L
式中 L ——光纤的长度 I0——光纤入射端的光强 I——光纤输出端的光强
气体传感器介绍 ppt课件
称为该气体或蒸气的爆炸下限。 ppm：百万分之一。 ppb：十亿分之一。
专业成就卓越
部分可燃性气体、液体爆炸分类表
气体名称
甲烷 丙烷 乙烯 氢气 一氧化碳 天然气 液化石油气 城市煤气 煤油 乙醇 丙酮 甲醛 苯
爆炸极限(%)
下限
上限
5
15
2.2
9.5
3.1
32
4.0
75
12.5
74
5
15
物理类气体传感器:光电传感器、热电传感器、 压电传感器、磁电传感器、气电传感器、波 式和射线射线传感器等。
3、气体传感器常用术语
专业成就卓越
灵敏度：元件在规定的工作条件下，其在一定的气体浓度下的输出（电压、电流、 电阻等，下同）与洁净空气或参比气体中的输出的差值或比值。
响应时间：传感器接触的气体浓度发生阶跃变化时，其输出变化达到稳定值的规定 的百分比（一般为70%或90%）时所需的时间。
3 2.5
2 1.5
1 0.5
0
0
MMQQ--44S对 甲甲 烷烷响的应响恢应复恢曲复曲 线线
3
4
30
0.7
5
3.3
19
2.15
13
7
73
1.2
8
比重 (空气=1)
0.55 1.56
0.069 0.967
<1 >1 0.4 4∽5 1.59 2.0
发火点 537.8 467.8 585 608
210 363
4、气体传感器应用实例
专业成就卓越
重庆川东油田井喷 死300-人
2003年12月23日22 时许，重庆市开 县境内川东北气 矿一矿井发生天 然气井喷事故， 造成人员严重伤 亡。
专业成就卓越
部分可燃性气体、液体爆炸分类表
气体名称
甲烷 丙烷 乙烯 氢气 一氧化碳 天然气 液化石油气 城市煤气 煤油 乙醇 丙酮 甲醛 苯
爆炸极限(%)
下限
上限
5
15
2.2
9.5
3.1
32
4.0
75
12.5
74
5
15
物理类气体传感器:光电传感器、热电传感器、 压电传感器、磁电传感器、气电传感器、波 式和射线射线传感器等。
3、气体传感器常用术语
专业成就卓越
灵敏度：元件在规定的工作条件下，其在一定的气体浓度下的输出（电压、电流、 电阻等，下同）与洁净空气或参比气体中的输出的差值或比值。
响应时间：传感器接触的气体浓度发生阶跃变化时，其输出变化达到稳定值的规定 的百分比（一般为70%或90%）时所需的时间。
3 2.5
2 1.5
1 0.5
0
0
MMQQ--44S对 甲甲 烷烷响的应响恢应复恢曲复曲 线线
3
4
30
0.7
5
3.3
19
2.15
13
7
73
1.2
8
比重 (空气=1)
0.55 1.56
0.069 0.967
<1 >1 0.4 4∽5 1.59 2.0
发火点 537.8 467.8 585 608
210 363
4、气体传感器应用实例
专业成就卓越
重庆川东油田井喷 死300-人
2003年12月23日22 时许，重庆市开 县境内川东北气 矿一矿井发生天 然气井喷事故， 造成人员严重伤 亡。
《光纤传感器》PPT课件
芯中央开场向外随径向距离增加而逐渐减小,而在包层中折射
率保持不变。
阶跃折射率光纤
渐变折射率光纤
n (r)
n (r)
纤芯
n 1
n 2
折射率分布
包层
r (a )
r (b )
阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。
梯度型：折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线那么逐步降 低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。
siin n n 1 0 1 n n 1 2sirn 2 n 1 0 n 1 2 n 2 2s2 in r
n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般为空气，故n０≈1，nl为纤芯折 射率，n2为包层折射率。当n０=1时
siinn1 2n2 2si2n r
当θr=90º的临界状态时，θi=θi0
〔2〕 按传播模式的多少分类
单模光纤:通常是指阶跃型光纤中的纤芯尺寸很小(通常 仅几微米)、光纤传播的模式很少、原那么上只能传送一种 模式的光纤(通常是芯径很小的低损耗光纤)。这类光纤传输 性能好(常用于干预型传感器),制成的传感器较多模传感器有 更好的线性、更高的灵敏度和动态测量范围。但单模光纤由 于纤芯太小、制造、连接和耦合都很困难。
3. 传播损耗
损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的 辐射损耗等的影响。传播损耗〔单位为dB〕
Aa l 10g1I0 I
l—光纤长度； a—单位长度的衰减； I0—光导纤维输入端光强； I—光导纤维输出端光强。
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。
光的全反射
当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将 相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这
光电式传感器和光纤传感器幻灯片PPT
3.光敏二极管的应用
1）光电路灯控制电路
2）光强测量电路
二. 光敏三级管 光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的光电 流大几十至几百倍，但相应速度较二极管差。 1.工作原理与结构
基极开路，集电极与发射极之间加正电压。当光照射在集电 结上时, 在结附近产生电子-空穴对, 电子在结电场的作用下， 由P区向N区运动，形成基极电流，放大β倍形成集电极电流 （光电流）, 所以光电三极管有放大作用。
2.光敏三极管的基本特性
1）光谱特性与伏安特性 光谱特性与二极管相同， 伏安特性如图。
2）温度特性与光照特 性 温度特性与光敏二极管
相同，光照特性如图
3.光敏三极管的应用
1.脉冲编码器
2.转速传感器
7.2 CCD图像传感器
固态图像传感器按其结构可分为三类：电荷 耦合器件（简称CCD）、MOS图像传感器 （简称SSPA）和电荷注入器件（简称CID）。 目前，前两种用得较多。广泛用于图像传输 与识别。例如，摄像机、数码照相机、扫描 仪、复印机和机器人的眼睛等。 在本节中仅说明CCD图像传感器的工作原理 与特性
1 fm 2 f0
3.暗电流
暗电流起因于热激发产生的电子－空穴 对，是缺陷产生的主要原因。CCD器件 暗电流越小越好。
4.灵敏度
图象传感器的灵敏度是指单位发射照度下，单 位时间、单位面积发射的电量，即
S Nsq HAt
式 中 ： H为 光 像 的 发 射 照 度 A为 单 位 面 积 Ns为t 时间内上能收集的子载数流 q为 电 数 ， 单 位m为A／W
2）光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产 生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基 于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。
《光纤传感器》课件
光纤传感器的应 用：广泛应用于 航空航天、医疗、 工业等领域，如 光纤陀螺仪、光 纤温度传感器等
光的调制技术：通过改变光的强度、相位、频率等参数，实现对信息的编码和传 输
光纤传感器的工作原理：利用光的调制技术，将待测物理量转换为光信号，通过 光纤传输到接收端，进行检测和处理
光的调制技术在光纤传感器中的应用：通过光的调制技术，可以实现对温度、压 力、流量等物理量的高精度测量
工作原理：利用光纤对温度敏 感的特性进行测量
特点：精度高、响应速度快、 抗干扰能力强
应用实例：温度监测、温度控 制、温度补偿等
应用领域：广泛应用于工业、医疗、航空航天等领域 工作原理：通过光纤的折射率变化来测量压力 特点：高精度、高灵敏度、抗干扰能力强 应用实例：在飞机发动机、汽车发动机、液压系统中的应用
应用领域：广泛应 用于工业自动化、 机器人、航空航天 等领域
工作原理：利用光 纤的弹性和光学特 性，测量物体的位 移变化
特点：精度高、 响应速度快、抗 干扰能力强
实例：在汽车制造、 机械加工、电子设 备等领域的应用
应用领域：广泛应 用于石油、化工、 食品、医药等行业
工作原理：利用光 纤的折射率变化来 测量液位
提高灵敏度：通过优化光纤结构和材料，提高传感器的灵敏度 降低成本：通过优化生产工艺和材料选择，降低传感器的生产成本 提高稳定性：通过优化传感器设计和材料选择，提高传感器的稳定性和可靠性 提高兼容性：通过优化传感器设计和材料选择，提高传感器与其他设备的兼容性和互操作性
应用领域：工业、医疗、科研 等领域
量测量
应用领域：化 工、环保、食 品、医药等行
业
工作原理：利 用光纤对光的 敏感性，检测 液体或气体的
浓度
光纤气体传感器课件
光纤气体传感器及其应用
目录
1、光纤气体传感器应用背景
2、光纤气体传感器分类
3、光谱吸收型传感器原理及 检测方法
4、光谱吸收型光纤气体传感 器的应用 5、光纤气体传感器总结
1.光纤气体传感器应用背景
（1）工程测试过程中，需要及时准确地对易燃 易爆、有毒有害的气体进行监测预报。 （2）随着人们生活水平的提高，人类对生态环 境的要求也越来越高。迫切要求监测易燃易爆、有毒 有害气体，减少环境污染，确保身心健康。 （3）光纤气体传感器具有传输功率损耗小，传 输信息容量大，抗电磁干扰能力强，易于实现远距离 遥测等优点。
3.光谱吸收型传感器原理及 检测方法 3.3光谱吸收式气体传感器理论基础 核心思想：Lambert-Beer定律
Iout Iin (v)exp (v)CL
(v)为光频为v处的吸收系数，表示体积浓度为100%， 吸收光程长度为1cm时吸收气体对频率为的v单色光的 吸收能力； C为吸收气体体积浓度百分比； L为总的气体吸收光程，单位cm。
2.光纤气体传感器分类
各种光纤气体传感器及其性能比较
传感器类型 优点 缺点
干涉型
反射型 光纤渐逝场 气体传感器 近 红 差分吸收检测 外 吸 谐波检测 收
灵敏度高
灵敏度较高
稳定性差，难以实现遥测
线性范围窄，长期稳定性差， 需加工
表面污染问题严重，其中多聚 灵敏度高，能实现 物包层光纤对相对温度、湿度、 分布式传感及交叉 渐逝场的强度依赖性大；需加 分辨 工 灵敏度高 灵敏度高，稳定性 较好
斩波器的使用使得稳定性不高， 滤波片的使用使得有用光功率 不足
需求光源可调谐范围较宽，频 率稳定度高，光源驱动较复杂 传感探头带电，难以实现遥测， 且需要大功率输出光源
目录
1、光纤气体传感器应用背景
2、光纤气体传感器分类
3、光谱吸收型传感器原理及 检测方法
4、光谱吸收型光纤气体传感 器的应用 5、光纤气体传感器总结
1.光纤气体传感器应用背景
（1）工程测试过程中，需要及时准确地对易燃 易爆、有毒有害的气体进行监测预报。 （2）随着人们生活水平的提高，人类对生态环 境的要求也越来越高。迫切要求监测易燃易爆、有毒 有害气体，减少环境污染，确保身心健康。 （3）光纤气体传感器具有传输功率损耗小，传 输信息容量大，抗电磁干扰能力强，易于实现远距离 遥测等优点。
3.光谱吸收型传感器原理及 检测方法 3.3光谱吸收式气体传感器理论基础 核心思想：Lambert-Beer定律
Iout Iin (v)exp (v)CL
(v)为光频为v处的吸收系数，表示体积浓度为100%， 吸收光程长度为1cm时吸收气体对频率为的v单色光的 吸收能力； C为吸收气体体积浓度百分比； L为总的气体吸收光程，单位cm。
2.光纤气体传感器分类
各种光纤气体传感器及其性能比较
传感器类型 优点 缺点
干涉型
反射型 光纤渐逝场 气体传感器 近 红 差分吸收检测 外 吸 谐波检测 收
灵敏度高
灵敏度较高
稳定性差，难以实现遥测
线性范围窄，长期稳定性差， 需加工
表面污染问题严重，其中多聚 灵敏度高，能实现 物包层光纤对相对温度、湿度、 分布式传感及交叉 渐逝场的强度依赖性大；需加 分辨 工 灵敏度高 灵敏度高，稳定性 较好
斩波器的使用使得稳定性不高， 滤波片的使用使得有用光功率 不足
需求光源可调谐范围较宽，频 率稳定度高，光源驱动较复杂 传感探头带电，难以实现遥测， 且需要大功率输出光源
传感与测试技术-光纤传感器ppt课件
磁阻位移传感器
运用
磁敏感器：以地球磁场为基准，测量航天器姿 态的敏感器。磁强计本身是用来测量空间环境 中磁场强度的。由于地球周围每一点的磁场强 度都可以由地球磁场模型事先确定，因此利用 航天器上的磁强计测得的信息与之对比便可以 确定出航天器相对于地球磁场的姿态。
热敏传感器〔半导体）
热敏传感器：半导体温度传感器，由金属氧化 物(MnO2 、 CuO 、 TiO2)的粉末按一定比例混 合烧结而成，具有很大的负温度系数。电阻-温 度的关系为
成像系统组成
CCD Camera
Filters
Lens
UV/UwVh/iwtehiteepeipi illumilliunmatiinoantion
Sample
UV/white transillumination
CCD传感器的应用
组成测试仪器，可以测量物位、尺寸、工 件损伤、自动焦点等。
用作光学信息处理装置的输入环节，例如 传真技术。光学文字识别技术(OCR)与图 像识别技术、光谱测量及空间遥感技术、 机器人视觉技术等。
磁敏传感器
霍尔元件 ：利用霍尔效应的半导体磁电转换 元件。
霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中， 当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方 向上将产生电动势。
霍尔效应
B
b FE
FL v
l
d
I VH
霍尔电势
VHkBIB sin
霍尔效应演示
霍尔元件
基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件， 霍尔元件多采用N型半导体材料。霍尔元件越 薄(d越小)，kH就越大，薄膜霍尔元件厚度只有 1μm左右。
利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光 纤(或特殊光纤)作传感元件，将“传〞和“感 〞合为一体的传感器。传感器中的光纤是连续 的。
《气体传感器》PPT课件
器 件 电 阻 / k
电阻型气体传感器的主要特性参数：
1. 固有电阻R0和工作电阻RS
10 0
2. 灵敏度S S＝ RS / R0
50
3. 响应时间T1
4. 恢复时间T2
5
5. 加热电阻RH和加热功率PH
加 热开 关
电阻型气体传感器优缺点：
1. 成本低、制造简单、灵敏度高、响 应快、寿命长、对湿度敏感低、电 路简单。
结型气敏器件又称气敏二极管，是利用气体改变 二极管的整流特性。
将金属与半导体结合做成整流二 级管，其整流作用来源于金属和半导 体功函数的差异，随着功函数因吸附 气体而变化，其整流作用也随之变化
精选PPT
在常温下选择性地对硅烷 响应，灵敏度高。
8
2.2.1 结型气敏器件
MOS二级管气敏元件
利用MOS二极管的电容-电压特性的变化
在两电极发生如下反应：
()极P ： O2(2), 2O2O24e ()极P ： O2(1), O24e2O2
4e
4e
+-
浓差电池原理
上述反应的电动势用能斯特方程表示：
ERlT n P O 2(1 ) 或 E ＝ 0 .04 Tl9n P O 6 2(1 )
nFP O 2(2 )
P O 2(2 )
应用实例见教材
工作原理：
SnO2和空气中电子亲和性大的气体 发生反应，形成吸附氧束缚晶体中的电
子，使器件处于高阻状态；
与被测气体接触，与吸附氧发生反应;
元件表面电导增加，电阻减小。
提高器件的选择性和灵敏度的措施：参
杂改善前者，设置合适的工作温度、改
进制备工艺可改善后者。
精选PPT
4
光纤传感器基本原理PPT课件
运动体的返回信号大小取决于背向散射光强、媒质衰 减和光纤接收面积及数值孔径。 返回进入光纤的总功率Pr
53
5.5 波长调制机理
波长调制光纤传感器主要是利用传感探头的光频谱特性 随外界物理量变化的性质来实现的。此类传感器多为 非功能型传感器。
54
5.5.1 光纤pH探测技术
这种技术利用化学指示剂对被测溶液的颜色反应 来测量溶液的pH值.
光纤传感器按被调制的光波参数不同可分为
强度调制光纤传感器 相位调制光纤传感器 频率调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器 波长(颜色)调制光纤传感器
4
5.2 强度调制机理
5
5.2.1 反射式强度调制
这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用.
6
输出光纤端面受光锥照 射的表面所占的百分比 为
7
56
5.2 光纤磷光探测技术
57
两个光电二极管的敏感 波长不同，一个对540 nm的光敏感，另一个 对630 nm的光敏感。经 光电二极管转换成电信 号，再经过电子电路进 行信号处理，得到相对 光强与温度变化的特性 曲线。经校正可以得到 输出相对光强与温度呈 线性关系。
58
5.5.3 光纤黑体探测技术
通过测量物体的热辐射能量确定物体表面温度是 非接触式测温技术。物体的热辐射能量随温度 提高而增加。对于理想“黑体”辐射源发射的 光谱能量可用热辐射的基本定律之一普朗克 (Plank)公式表述.
E 0 (,T ) C 1 3 (e c 2/T 1 ) 1
所谓“黑体”、就是能够完全吸收入射辐射，并 具有最大发射率的物体。
34
二、温度应变效应
仅考虑径向折射率变化时，其相位随温度变化为
35
5.3.2 光纤干涉仪
53
5.5 波长调制机理
波长调制光纤传感器主要是利用传感探头的光频谱特性 随外界物理量变化的性质来实现的。此类传感器多为 非功能型传感器。
54
5.5.1 光纤pH探测技术
这种技术利用化学指示剂对被测溶液的颜色反应 来测量溶液的pH值.
光纤传感器按被调制的光波参数不同可分为
强度调制光纤传感器 相位调制光纤传感器 频率调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器 波长(颜色)调制光纤传感器
4
5.2 强度调制机理
5
5.2.1 反射式强度调制
这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用.
6
输出光纤端面受光锥照 射的表面所占的百分比 为
7
56
5.2 光纤磷光探测技术
57
两个光电二极管的敏感 波长不同，一个对540 nm的光敏感，另一个 对630 nm的光敏感。经 光电二极管转换成电信 号，再经过电子电路进 行信号处理，得到相对 光强与温度变化的特性 曲线。经校正可以得到 输出相对光强与温度呈 线性关系。
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5.5.3 光纤黑体探测技术
通过测量物体的热辐射能量确定物体表面温度是 非接触式测温技术。物体的热辐射能量随温度 提高而增加。对于理想“黑体”辐射源发射的 光谱能量可用热辐射的基本定律之一普朗克 (Plank)公式表述.
E 0 (,T ) C 1 3 (e c 2/T 1 ) 1
所谓“黑体”、就是能够完全吸收入射辐射，并 具有最大发射率的物体。
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二、温度应变效应
仅考虑径向折射率变化时，其相位随温度变化为
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5.3.2 光纤干涉仪
光纤传感器原理及应用ppt课件
• 1977年，美国海军研究所(NRL-National Novel Research Laboratory)开始执行光 纤传感器系统计划
光纤传感器问世
• 1983年起，国际光纤传感器会议定期召开， 光纤传感器的研究成为世界研究热点
• 各个发达国家都做了大量的研究工作，具 体如下：
美国
FOSS(Fiber Optic Sensor System) —光纤传感器系统：水声器、磁强计和 其它有关的水下检测设备
• 灵敏度高，抗电磁干扰，耐腐蚀，防爆。 • 无源器件，不干扰被测场。 • 结构简单，体积小，重量轻。 • 便于和计算机连接，可以实现分布式传感和遥测
技术:在整个光纤长度上能连续的获得被测量的响 应，传统的几百个点传感器阵列可以用一条光纤 取代。 • 频带宽，动态范围大。 • 几何形状具有多方面的适用性，便于组合系统， 可以组成任意形状的FOS或FOS阵列，并且可与计 算机连接，实现多功能及智能化。
光纤传感器的基本构成
外界参量
光 光纤 信号 光纤 光探
源
调制
测器
信号 处理
光源：LD,LED,白炽灯，激光器等 信号调制：待测参量引起光信号强度、波长、频率、
相位或偏振态的变化。 光探测器：PIN,APD,CCD,光电池等。 信号处理：电路、计算机、单片机，计算机系统等。
2.光纤传感器的分类
• 按照传感原理进行划分
2.传感器系统
• 从单一传感器的研究进入到传感器系 统的研究，并与微处理机相结合形成 光纤遥测系统。
3.提高可靠性和稳定性
• 降低成本。 • 特殊光纤：根据实际需要选用新的
材料，设计特殊结构的专用光纤。 • 对基础技作。
• non-resonant wavelengths are transmitted through the device without loss.
光纤气体传感器117页PPT
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
光纤气体传感器
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
Байду номын сангаас
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
光纤气体传感器
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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Байду номын сангаас
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈