强度调制传感器

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应用2.光纤温度传感器
图示出了一种粘在一起的双金属片作为传感头构成双路反
射型光纤探头。这种双金属片被设计成在特定温度下产生
瞬时作用,从而相对于探头顶端产生突然移动，因此在一
组温度点产生开关作用。这种双金属片也能被设计成连续
移动，在模拟方式中产生正比于温度的移动。
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差分热膨胀式反射型光纤温度传感器
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其它光效应的强度调制光纤传感器
• 在光纤端面上增加吸收光栅可以进一步提高透射 传感器的灵敏度。如图
20带21吸/2/7收光栅径向位移传感器
光纤旋转传感器
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光纤偏振旋转传感器
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• 透射传感器还可以在光路上和其他光学材科连接使 光强为环境因素的函数。如果在光路上的材料透过 率随环境改变突然发生改变,就可以实现开关功能， 液晶就可作为温度和压强的开关。环境状况连续改 变，较出量也连续改变，大多数材料可实现这批现 象，例如:
• 具有差分热膨胀的铝块和石英块,把光反射进出射
光纤，当二块板随温度相对移动时，将产生干涉
条纹的移动并被计数。反射型测温还具有数字显
示
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双折射晶体的反射型光纤温度传感器
• 双折射晶体式光学透明的,二个互相垂直的偏振光， 它的折射率是不同的。光通过入射光纤、起偏器 和晶体，从反射镜反射后再通过晶体，检偏器和 出射光纤而被探测。由于双折射特性是温度的灵 敏函数，而双折射的变化引起了光强的改变，所
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• 在玻璃中掺入杂货可以产生荧光,这件传感器可以 由两种不同的方法实现，一种是用光源来激发荧 光、但激发情况受温度影响。另一种是利用外辐 射激发光纤，然后检测荧光
• 折射率变化是通过改变光纤的数值孔径来实现改 变接收光量的，许多聚合包层材料的折射率随温 度变化，可用作温度传感器。
强度调制传感器
强度调制传感器一般与位移或其他物理扰动 相联系,这种扰动与光纤发生作用，或与连
接于光纤的机械调制器作用，引起接收到的 光强发生改变。
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• 光损失可以是由于以下因素而引起:透射,反 射，微小弯曲或吸收，散射，荧光等
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透射型强 度调制光
纤传感器
图5-3-1（a）为轴向位移测量的探头结构。图5-3-1（c）为输出
几种微弯 传感器的 结构图
• 用高热膨胀的弯曲机械装置引起曲率半径随温度的变化,
这可获得灵敏的传感功能。很显然，相当小的曲率半径的
变化引起足够的损耗变化。如果设计一个连续多点测量传
感器，必须选择光纤和微弯传感头，以致局部过热时不会
折断整个光纤。
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位相调制光纤传感器
• 由于位相调制传感器具有非常高的灵敏度,它是所 有光纤传感器中最为人所知的。一般地说，这种 传感器运用一个相干激光光源和两个单模光纤。 光线被分束后入射到光纤。如果干扰影响两根相 关光纤的其中一根、就会引起位相差，这个位相 差可精确地检测出。位相差可用干涉仪测量。有 四种干涉仪结构。它们包括:马赫—泽德尔、迈克 尔逊、法布里—帕罗和赛格纳克干涉仪，其中马 赫—泽德尔和赛格纳克干涉仪分别在水听器和陀 螺上应用非常广泛 。
2021以物/2/7这过光程强 中是 的正 温比 度于测温量度。的。这种传感器只限于生 20
荧光传感头
• 荧光材料并不是反射光而是吸收入射光,然后激发出荧光
辐射。这种传感器用一根纯石英光纤，使得进入的紫外光
具有最大的透过率。光纤端面涂有一层荧光材料，并被密
封，整个传感器示于图 。
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应用（1）位移测量
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2RtanD
• 其中R为光纤探头和反射 面的间距, 为光纤出射端 面法线和出射光发散角边 缘的夹角，D为光斑直径
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返回
• 利用两个探头获得一平均输出可提高灵敏度。考察图所示的 装置,设定探头的初始位置，使得探头A和探头B的接收光强 分别处于峰值前沿和后沿并使二光强值相等。当目标移近时， 探头A的接收光强减小而B探头的接收光强增大。
2021与/2/7探头距离的关系曲线,这条曲线符合距离r的平方反比律。
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反射型强度调制光纤传感器
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微弯型强度调制光纤传感器
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本征型强度调制光纤传感器
• 本征传感器利用返回光的光强的改变。不象 透射、反射和微弯传感器需要外界的变化, 它是利用光纤芯的化学性质（包层可以是玻 璃或塑料）来实现传感。基本机制有吸收、 散射、荧光、折射率变化或偏振等。
• 两个探头获得的输出差值要比任一单个探头的读数都大，因 而可提高探测灵敏度。此外，除了探测位移多少外还可获得
移动方向的信息。
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反射式传感器与不同焦距的透镜系统组合所对应的响应曲线
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传感器所采集的位移数据与目标反射率的变化及目标
板的倾斜程度都有关。在表征这一特性的实验过程中,
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微弯传感器的一个主要应用是测量 位移。图所示即为在亮场传感测量 中透射率与位移的变化曲线。正如 第3节中讨论过的,该响应曲线具有 三个性质不同的区域。第一段中， 具有柔性的包层承受了起初的位移 运动，从而减缓了光纤弯曲。微小 的弯曲仅能使一些最易泄漏的模发 生辐射。第二段为线性响应区，约 占透射率测量段的60％多。通常 也正是利用这一段作传感测量。位 移量继续增大时，高阶模几乎全部 损耗，传感器的灵敏度大幅度下降。
使用了一些精磨光的比较块，其表面加工成不同的粗
糙度。2L表面近似为镜面，表面粗糙度从4L到8L，
210261/2L/7逐渐增大，32L表面最粗糙。
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微弯型位移光纤传感器
• 微弯传感器可归于两类:亮场型和暗场型。亮
场传感器测量光纤中的传输光强,其光强变化
由微弯损耗决定。暗场传感器则测量通过包
层泄漏的光。
(1) 用于偏振光光路中的光弹材料是对压力敏感的。
(2) 用于紫外光光路中的光色材料是对温度敏感的。
(3) 掺入具有强烈吸收带杂质的材料是对温度敏感的。
(4)其些光致发光材科在电场中透射率会发生改变。
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光纤荧光传感器
• 一种特别令人感兴趣的反射传感器利用了荧光,这 里指的是波长调制，这是由于调制光的波长比入 射光波长长。