电气测试技术第4版课件3.12光纤式传感器.pptx
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- 电气 测试 技术 课件 3.12 光纤 传感器
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1、电气测试技术 电气测试技术(第电气测试技术(第4版)版)万频 林德杰 李学聪电气测试技术 3.12 光纤式传感器光纤式传感器 3.12.1 概述 3.12.2 光纤及光在其中的传输 3.12.3 常用光纤传感器电气测试技术 3.12.1 概述 光纤传感技术是随着光纤通信和集成光学技术而发展起来的一门新型传感技术,例如,灵敏度高,响应速度快,抗电磁干扰,耐腐蚀,电绝缘性好,防燃防爆,可以柔性绕屈,适于远距离传输,便于与计算机连接以及与光纤传输系统组成遥控、遥测等。因此,光纤传感器发展异常迅速。光纤传感器可以检测许多物理量,从原理上讲,几乎所有物理量都可以用光纤传感器来检测。通常按被测对象不同,可
2、分为压力、温度、流量、速度、加速度、振动、位移、转动、电压、电流、磁场、应变及化学量、生物量等光纤传感器。光纤传感器一般可分为两大类,一类是利用光纤本身的某些特性或功能制成的传感器,称为功能型传感器;另一类是光纤仅起传输光波的作用,必须在光纤端面加装其他敏感元件才能构成传感器,称为传光型传感器。功能型传感器是利用被测量对光纤内传输的光进行调制,使传输的光的某些特性如强度、相位、频率和偏振态等发生变化,这种已被调制的光信号,经光电转换成电信号,再经信号放大或处理后,以被测量的单位和数值表示出来。可见,光源、光的传输、光电变换和电信号的处理是光纤传感器的基本要素。光纤传感器的光源,常用发光二极管和
3、激光器。光电转换元件常用光电二极管、光电三极管、光电倍增管等。电气测试技术 3.12.2 光纤及光在其中的传输1.光纤的结构光纤的结构 光纤的结构见图3-127,它由具有很小直径的分层玻璃或塑料圆柱体构成。2.光纤的类型光纤的类型 按照光从纤芯到包层的折射率的变化规律,光纤可分为阶跃型、渐变型和单模型三种,见图3-128。图3-127 光纤的结构图3-128 光纤的类型电气测试技术 3.光在光纤中的传输光在光纤中的传输 光线以各种不同入射角射到纤芯并射至纤芯与包层的交界面时,光线在该交界面处有一部分透射入包层,一部分反射见图3-129。数值孔径:可见,某种光纤的临界入射角 是由光纤的纤芯折射率
4、 和包层折射率 决定的。数值孔径是向光纤入射信号光波难易程度的参数。光纤的越大,表示该光纤可以在较大入射角范围内输入全反射光,并保证此光波能沿纤芯向前传输。图3-129 光线在阶跃光纤中的传输2221sinnnNAcc1n2n电气测试技术 3.12.3 常用光纤传感器 光纤传感器的种类很多,工作原理各不相同,但都离不开光的调制和解调两个环节。光调制就是把某一被测信息加载到传输光波上,这种承载了被测信息的调制光再由光探测系统解调,便可获得所检测的信息。常用的光调制有强度调制、相位调制、频率调制和偏振态调制等几种。每一种类的传感器都可利用上述的各种调制技术来实现,而每一种具体的调制技术又有很多方法
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