光纤传感器的应用研究(中英对照)教学文案

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传感器技术9-光纤传感器-中英对照

传感器技术9-光纤传感器-中英对照

§9.1

光纤传感器基础

光纤的种类
1、玻璃光纤 Glass fiber
按材料 性质分 2、塑料光纤 Plastic fiber
§9.1

光纤传感器基础
1、阶跃型(step index): 阶跃型纤芯的折射率不随半 径而变,在纤芯与包层界面处有突变。 按折射 率分 2、渐变型(grade index):折射率沿径向由中心向外由 大渐小,至界面处与包层折射率一致。因此,这类光 纤有聚焦作用;光线传播轨迹近似于正弦波。
多模色散是阶跃型多模光纤中色散的主要根源;在单模光纤中起 主要作用的是材料色散和波导色散。
§9.1

光纤传感器基础
9.1.3 光纤传感器分类
1、功能型传感器 光纤传 感器一 般分为 两大类 2、非功能传感器 又称FF型光纤传感器,利用光纤本 身特性,把光纤作为敏感元件,所 以又称传感型光纤传感器。 又称NF型光纤传感器,利用其他 敏感元件感受被测量的变化,光 纤仅作为光的传输介质,用以传 输来自远处或难以接近场所的光 信号,所以也称传光型光纤传感 器。
§9.2

光调制与解调技术
9.2.1 强度调制与解调
光纤传感器中光强度(Light Intensity)调制是被测对象引 起载波光强度变化,从而实现对被测对象进行检测的方 式。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测。 解调过程主要考虑的是信噪比(Signal to Noise RatioSNR)是否能满足测量精度的要求。
§9.1

光纤传感器基础
9.1.1 光纤波导(waveguide)原理

光纤的结构
光纤是用光透射率(Transmissivity)高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构 成的光通路(light propagation path) 。光纤的结构比较简单,通常由纤芯 (core)、包层(cladding)、涂覆层(coating)、护套(protecting sleeve)组成 (如上图所示)。其核心是由折射率(Refractive Index)n1较大(光密介质 optically denser medium)的纤芯,和折射率n2较小(光疏介质optically thinner medium)的包层构成的双层同心(concentric)圆柱(column)结构。 纤芯直径约为5~150微米。

光学传感器毕业论文中英文文献及翻译

光学传感器毕业论文中英文文献及翻译

英文文献及中文翻译一种精确测量倾斜角度的光学传感器摘要本文主要介绍了一种新型光学传感器,它可以同时准确地测量倾斜角或两轴倾斜角度。

这种传感器是基于激光干涉原理,因此具有很高的精度。

设计制作了一个传感器的模型来论证这个新的方法,这是一个光电传感器,传感器中没有移动的部分。

由正交于铅垂面的流动水平面提供参考面。

传感器和绝对水平面之间的角度随着被测量的物体倾斜而改变,这些变化反映在条纹图案的中心位置的转移方式。

不同的干涉条纹的中心位置随倾斜角的变化而改变。

干涉条纹图案进行记录和处理,转化为两轴、水平和垂直倾斜角度。

当使用1024*1024像素的传感器时,测量范围为700弧秒,其精度可高达+/ - 1弧秒。

关键词:倾斜角度传感器,倾斜仪,激光干涉I 介绍市场上目前有几种类型的商业倾斜角度测量传感器。

有些是角度传感器,有些是倾斜仪,它们的工作原理不同。

电解液体、电容和钟摆是现在大多数倾斜角度传感器和倾斜仪的三个主要工作原理。

在这里,我们提出了一种新的光学方法,建立了一个用激光、光学元件和图像传感器的光电传感器,它可以同时做精确的倾斜角度测量,不需要进行机械的移动,其工作原理是基于光学干涉,相干激光作为光源。

光线通过一个装满液态油的玻璃油盒。

由正交于铅垂面的流动水平面提供参考面。

当激光束穿过油箱有两束光线反射回来,一束是液体的表面产生的,另一束是容器玻璃产生的,干涉条纹就是由这两条光线形成的,条纹图案将随着倾斜角度的变化产生相应的变化,条纹图案采集和处理后将反映倾斜角度信息,光学工作原理使它不受磁场的影响。

该传感器可以同时测量两轴倾角。

流动的水平面确保了参考面是一个绝对的水平面。

高灵敏度光学干涉测量原理,保证了较高的精度。

II 原理图1说明了工作原理示意图,O点是光线扩大镜头的焦点,O点可以看作是点光源,它发出球面波。

由于地球重力的影响,液体油面始终保持水平,因此用油面作为参考平面。

该容器是玻璃材料的。

当传感器被放在目标表面时,其底部表面将连同目标对象一起倾斜。

光纤传感器的应用与研究

光纤传感器的应用与研究

光纤传感器的应用与研究光纤传感器是一种利用光学传输来测量物理量的传感器。

相比于传统的电气式传感器,光纤传感器具有无电磁干扰、小尺寸、高灵敏度等优点,因此在领域广泛应用。

本文将从光纤传感器的基本结构和工作原理、应用领域、研究进展等方面进行分析。

一、光纤传感器的基本结构和工作原理光纤传感器主要由光源、光纤、检测器和信号处理器组成。

其中重要的是光纤,它可分为单模光纤和多模光纤两种。

根据传感器的工作原理,光纤传感器可分为反射式光纤传感器和透射式光纤传感器,前者的工作原理是通过入射光的反射,来检测外界物理信息;后者是通过介质的衰减和散射等特性来测量被测物理量。

光纤传感器的工作原理是利用光的传播特性来间接地测量外界环境中存在的一些物理量。

它包括了利用光强、光相位、拉曼散射、布里渊散射等技术来实现物理量的测量。

在应用中,光纤传感器的光源一般是激光器和LED光源。

检测器几乎都是光电二极管和光电探测器。

至于信号处理器,已经被新技术的发展所淘汰,被DSP芯片系统所替代。

二、光纤传感器的应用领域光纤传感器的应用领域十分广泛,包括了海洋、能源、生物医学、环保、安全控制等多个领域。

以下就为大家列出其中几个应用领域和典型的实例。

1.海洋领域海洋是一个复杂而浩瀚的环境。

光纤传感器的应用可以大大提高海洋数据采集的效率。

比如,在海底光纤通信项目中,通过光纤传感器来监测海底气体的释放,实现对气体释放量的自动记录和长时间的在线监测。

而在海底管道防腐蚀的应用中,则是通过光纤检测管道的温度变化,用来判断防腐材料的拱起和龟裂程度。

2.生物医学领域光纤传感器在生物医学领域中也有着重要的应用。

生物医学领域中最常用的是拉曼散射光谱技术,也就是利用光与物质相互作用的散射现象,来确定生物分子的组成和浓度。

比如,有一种光纤传感器用于监测病人的体温和血氧饱和度。

此外,其他应用也包括了对光纤传感器的生物污染检测,光纤传感器的微型化技术更是在单细胞探索、分子诊断等领域中发挥了重要的作用。

光纤传感器ppt讲解可修改文字

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

光纤传感器及其应用技术

光纤传感器及其应用技术

光纤传感器及其应用技术英文回答:Fiber optic sensors are devices that use optical fibers to detect physical, chemical, or biological parameters. They have a wide range of applications in various fields, including telecommunications, medicine, aerospace, and industrial sensing.Fiber optic sensors offer several advantages over traditional electrical sensors. They are immune to electromagnetic interference, corrosion, and high temperatures. They are also lightweight and compact, making them suitable for use in harsh environments or confined spaces.There are many different types of fiber optic sensors, each designed to measure a specific parameter. Some common types include:Intensity-based sensors: These sensors measure the intensity of light transmitted through an optical fiber. They can be used to detect changes in temperature, pressure, or strain.Interferometric sensors: These sensors measure the interference pattern created by light waves traveling through two or more optical fibers. They can be used to detect changes in refractive index, which can be caused by the presence of a chemical or biological analyte.Polarimetric sensors: These sensors measure the polarization of light transmitted through an optical fiber. They can be used to detect changes in stress, magnetic field, or the presence of certain chemicals.Fiber optic sensors have a wide range of applicationsin various fields. Some common applications include:Telecommunications: Fiber optic sensors are used in telecommunications networks to monitor signal quality and performance. They can also be used to detect fiber breaksor other network faults.Medicine: Fiber optic sensors are used in medical applications such as endoscopy, laser surgery, anddiagnostic imaging. They can also be used to monitor vital signs such as heart rate, blood pressure, and oxygen saturation.Aerospace: Fiber optic sensors are used in aerospace applications such as aircraft and spacecraft monitoring. They can be used to detect changes in temperature, pressure, strain, and vibration.Industrial sensing: Fiber optic sensors are used in industrial applications such as process control, quality control, and environmental monitoring. They can be used to detect changes in temperature, pressure, flow, and chemical composition.Fiber optic sensors are a versatile and powerfulsensing technology with a wide range of applications. They offer several advantages over traditional electricalsensors, including immunity to electromagnetic interference, corrosion, and high temperatures. As the technology continues to develop, new applications for fiber optic sensors are being discovered every day.中文回答:光纤传感器是一种利用光纤来检测物理、化学或生物参数的装置。

光纤传感器的应用与开发

光纤传感器的应用与开发

光纤传感器的应用与开发随着现代科技的快速发展,传感器技术也在不断地创新与更新,其中一种具有广泛应用前景的传感器就是光纤传感器。

光纤传感器是指采用光纤作为传感元件的传感器,能够实现对温度、压力、应变等物理量的高精度测量。

本文将从光纤传感器的基本原理、应用领域和开发方向三个方面探讨这一新型传感器的相关内容。

一、光纤传感器的基本原理光纤传感器是一种利用构成光纤的玻璃或者塑料等材料,将光信号进行传递、获得传感信号并进行传递和解码的一种光电转换器件。

光纤传感器的原理是利用光纤中光的传输特性,即当光线通过光纤时,光的传播速度比较快,而且与外部环境的物理量会发生一定的影响,可以记录下光的反射或者折射情况,从而实现对外界环境的测量。

光纤传感器有很多种类,其中最常见的是基于菲涅尔反射原理的光纤传感器和基于布里渊散射原理的光纤传感器。

前者是指采用菲涅尔反射原理在光纤内部测量温度、压力、形变等物理量的传感器,能够采集破碎点的光反射信号,通过处理光强度的变化来判定温度、压力等参数。

后者则是一种将基于布里渊散射原理在光纤中的测量技术,主要用于温度、应变、流速、压力等参数的监测。

二、光纤传感器的应用领域光纤传感器具有不同于传统传感器的优势,它在工业、医疗、交通等领域有着广泛的应用前景。

以下是光纤传感器的几个应用领域:1.石油工业领域:光纤传感器在石油工业中有着较广泛的应用领域,如油井压力测量、油管监测等,其中主要应用压力传感器和应变传感器。

2.医疗领域:光纤传感器在医疗领域中应用较为广泛,如眼科医疗领域的眼压检测,牙科医疗领域的口腔温度监测等。

3.民用领域:光纤传感器在民用领域中的应用较为广泛,如飞机和船只的监控,变压器温度监测等。

4.环境监测领域:光纤传感器可应用于环境的监测,如地铁安全监测、风力发电机监测等。

以上仅仅是光纤传感器的几个应用领域,光纤传感器在各行各业中的应用前景还非常广阔。

三、光纤传感器的开发方向目前,全球工业生产和日常生活中都需要完善、智能的传感器技术来支持其各种应用和系统,光纤传感器也不例外。

光纤传感器的研究及应用

光纤传感器的研究及应用

光纤传感器的研究及应用近年来,光纤传感器在工业、军事、医学、环保等领域中的应用越来越广泛。

它具有信号传输距离远、抗干扰性能好、可实现多参数测试等优点,特别适用于需要长距离远程监测的场合。

本文将探讨光纤传感器的研究及其应用。

一、光纤传感器的研究1. 光纤传感器的基本原理光纤传感器基于光纤传输的原理,能够通过测量光信号的损失、幅度或相位等变化来获取被监测的物理量信息。

传感器通常由光源、光纤和探测器组成,其中光源通常是激光器,光纤是通过改变反射或透射率来获取信号的介质,探测器则用于测量输入信号的变化。

光纤传感器的种类众多,其中包括一些比较常见的,如光纤微波传感器、光纤压力传感器、光纤温度传感器、光纤形变传感器等。

2. 光纤传感器的发展历程光纤传感器技术在上世纪五十年代末期即开始萌芽,当时研究的主要目的是为了提高通讯信号的传输质量。

从那时开始,随着电信业的不断发展以及国家安全、环境监测等领域中对长距离、高精度、多参数监测的需求,光纤传感器的应用范围也不断扩展。

光纤传感器的研究经历了光纤传感器产生、微弱光信号放大、光纤传感器产业化、光纤传感器多功能化等几个发展阶段,取得了许多重要成果。

二、光纤传感器的应用1. 工业应用在工业中,光纤传感器用于物质浓度、温度、压力、形变等参数的测量,可应用于自动化控制、工艺过程监测、质量检测等方面。

如利用光纤形变传感器进行船舶结构的实时监测,可帮助预防结构疲劳而导致的船舶事故;利用光纤传感器监测机械设备的电磁干扰等信息,可帮助实时分析设备异常情况,及时进行维护维修,提高生产效率和设备使用寿命。

2. 医疗应用在医学中,光纤传感器主要应用于激光手术、光学诊断、生物光学以及医学图像处理等领域。

如利用光纤温度传感器在激光切割术中测量切割点的温度,可帮助医生控制切割深度,提高手术安全性和成功率;利用光纤传感器在内窥镜下实现癌症早期检测,可帮助医生更精确地确定癌细胞的位置和范围,提高癌症治疗效果。

光纤传感器的应用+

光纤传感器的应用+

研究方向是水声器、磁强计和其它水下检测有关设 特的优点,比其它流量传感器有明显优势,在石油
备。1980 年开始研究,1984 年进行飞行实验的现代 工业中发挥极其重要的作用。
数字光纤控制系统(ADOSS ),采用光纤译码的光纤
3.2 光纤传感器在军事领域的应用[4]
传感器系统代替直升飞机驾驶员的控制,最终将实
感器技术迅猛发展,在军事、民用、电力、监控、桥
(2)光纤陀螺仪。光纤陀螺仪可应用在各种制
梁、医学生物检测等方面得到广泛应用。
导武器中,它在测量导弹的姿态、实现制导、控制
1983 年,英国曼彻斯特举行的欧洲传感器展览 和目标跟踪中占有极其重要地位,它对提高制导武
会上展出了用于压力、温度、速度测量的传感器,全 器的制导精度起着极为重要的作用,甚至可以说起
光纤干涉仪以及适用于危险地区、电磁噪声恶劣的 着关键性和决定性作用。在上个世纪末,光纤陀螺
环境过程控制用的高分辨率长冲位移传感器。
仪已投入部队使用。
德国的光纤陀螺的研究规模和水平仅次于美国
3.3 光纤传感器在医学中的应用[5]
而居世界第二,西门子公司早在 1980 年制成了高压
医用传感器是医学测量仪器的第一环节,是医
敏感元件的制作工艺及结构,探索新的敏感机理, 充分发挥微处理技术和计算机软件功能以改善和补 偿光纤传感器的性能,发展数字集成化和自动化、 工程化的新型光纤传感器,研制出适合于网络化应 用的光纤传感器阵列及特殊测量要求的新型光纤传 感器是今后的研究发展趋势。
5 结束语 在现代信息社会中,传感器技术迅猛发展,其 中光纤传感器以其独特的优点应用非常广泛,包括 工业、军事、医疗、通讯、过程控制以及恶劣环境 下物理量的测量等。“中国 2 0 1 0 年远景规划”已将 传感器列为重点发展的产业之一,随着我国加入世 界贸易组织,传感器的市场需求和发展空间的潜力 是非常大的。可以预见,随着制作技术的日益成熟 和器件性能的不断提高,不久的将来光纤传感器必 将在海洋、化工、水利电力等各个领域显示其应用 活力。
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光纤传感器的应用研究摘要本文介绍了光纤传感器研究的目的、意义及其发展趋势,通过分析研究各类光纤传感器的基本原理,设计出了几种功能较完善的光纤传感器。

首先从研究光纤传感器的工作原理出发,分析各种光纤传感器的结构和原理,通过对原有光纤传感器的结构和控制机理的分析,结合学过的电子知识,设计光纤传感温度计、光纤传感压强计等。

在整个研究过程中采取实验和理论相结合的方式。

1绪论光纤传感器是70年代末发展起来的一种新型传感器,它具有不受电磁场影响,本质上安全防爆,体积小,耐腐蚀,灵敏度高等优点。

可用在传统传感器难以涉足的极端恶劣环境,所以在军事、航空航天、生物医学、建筑施工等领域被受青睐。

因此对光纤传感器的研究具有很重要的现实意义。

传感技术是近几年热门的应用技术,传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。

在这一过程中,光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。

光纤具有很多优异的性能,例如:抗电磁干扰和原子辐射的性能,径细、质软、重量轻的机械性能,绝缘、无感应的电气性能,耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区),或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。

光纤传感器是最近几年出现的新技术,可以用来测量多种物理量,比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等,还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。

在狭小的空间里,在强电磁干扰和高电压的环境里,光纤传感器都显示出了独特的魅力。

因此,光纤传感技术应用的研究具有很好的前景。

光纤传感优点:灵敏度较高;几何形状具有多方面的适应性,可以制成任意形状的光纤传感器;可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。

光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质。

因此,它同时具有光纤及光学测量的特点。

①电绝缘性能好。

②抗电磁干扰能力强。

③非侵入性。

④高灵敏度。

⑤容易实现对被测信号的远距离监控2光通信简介2.1有线光通信有线光通信的传输媒介为光纤。

光纤是光导纤维的简称,是用光透射率高的电介质构成的光通路。

它是一种介质圆柱光波导。

所谓“光波导”是指将以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束并引导光波在光纤内部或表面附近沿轴线方向传播。

2.2 无线光通信无线光通信系统(FSO)以大气作为传输媒质来进行光信号的传送。

只要在适当距离的收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率,即可实现无线光通信。

3光纤传感器简介3.1光纤传感器的结构原理以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。

它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接,见图(a)。

光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。

由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。

这时,光的某一性质受到被测量的调制,已调光经接收光纤耦合到光接收器,使光信号变为电信号,最后经信号处理得到所期待的被测量。

可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较,在测量原理上有本质的差别。

传统传感器是以机—电测量为基础,而光纤传感器则以光学测量为基础。

光是一种电磁波,其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。

它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。

因此,讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动,即A——电场E的振幅矢量;ω——光波的振动频率;φ——光相位;t——光的传播时间。

可见,只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化,或受被测量调制,那么,通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调,获得所需要的被测量的信息。

3.2光纤传感器的分类光纤传感器的分类有多种形式,可以根据光纤在传感器中的作用进行分类,也可以根据光受被测对象的调制形式进行分类3.2.1根据光纤在传感器中的作用分类光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。

1)功能型(全光纤型)光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件,将“传”和“感”合为一体的传感器。

光纤不仅起传光作用,而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下,其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。

因此,传感器中光纤是连续的。

由于光纤连续,增加其长度,可提高灵敏度。

2)非功能型(或称传光型)光纤传感器光纤仅起导光作用,只“传”不“感”,对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。

光纤不连续。

此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术,比较容易实现,成本低。

但灵敏度也较低,用于对灵敏度要求不太高的场合。

3)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。

其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。

3.2.2根据光受被测对象的调制形式分类(1)强度调制型光纤传感器是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。

有利用光纤的微弯损耗;各物质的吸收特性;振动膜或液晶的反射光强度的变化;物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的现象;以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器。

优点:结构简单、容易实现,成本低。

缺点:受光源强度波动和连接器损耗变化等影响较大。

(2)偏振调制光纤传感器是一种利用光偏振态变化来传递被测对象信息的传感器。

有利用光在磁场中媒质内传播的法拉第效应做成的电流、磁场传感器;利用光在电场中的压电晶体内传播的泡尔效应做成的电场、电压传感器;利用物质的光弹效应构成的压力、振动或声传感器;以及利用光纤的双折射性构成温度、压力、振动等传感器。

这类传感器可以避免光源强度变化的影啊,因此灵敏度高。

(3)频率调制光纤传感器是一种利用单色光射到被测物体上反射回来的光的频率发生变化来进行监测的传感器。

有利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器;利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器;以及利用光致发光的温度传感器等。

(4)相位调制传感器g E h ≥υg E h ≥υ其基本原理是利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播常数发生变化,而导致光的相位变化,使两束单色光所产生的干涉条纹发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量,从而得到被测对象的信息。

通常有利用光弹效应的声、压力或振动传感器;利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器;利用电致伸缩的电场、电压传感器以及利用光纤赛格纳克(Sagnac )效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。

这类传感器的灵敏度很高。

但由于须用特殊光纤及高精度检测系统,因此成本高。

4光纤传感温度计的设计这里我们设计的是透射型半导体光纤温度传感器。

当一束白光经过半导体晶体片时,低于某个特定波长λg 的光将被半导体吸收,而高于该波长的光将透过半导体。

这是由于半导体的本征吸收引起的,λg 称为半导体的本征吸收波长。

电子从价带激发到导带引起的吸收称为本征吸收。

当一定波长的光照射到半导体上时,电子吸收光能从价带跃迁入导带,显然,要发生本征吸收,光子能量必须大于半导体的禁带宽度E g ,即h —普朗克常数;v —光频率因λ=c /v ,则产生本征吸收条件:,即h —普朗克常数;v —光频率因λ=c /v ,则产生本征吸收条件:g 的光,因此,对于波长大于λg 的光,能透过半导体,而波长小于λg 的光将被半导体吸收。

不同种类的半导体材料具有不同的本征吸收波长,图为在室温(20℃)时,120μm 厚的GaAs 材料的透射率曲线。

GaAs 在室温时的本征吸收波长约为880nm 左右,半导体的吸收光谱与E g 有关,而半导体材料的E g 随温度的不同而不同,E g 与温度t 的关系可表示为:式中:E g (0)——绝对零度时半导体的禁带宽度;α——经验常数(eV /K);β——经验常数(K)。

对于GaAs 材料,由实验得到 α =5.8×10-4eV/K β=300K由此可见,半导体材料的E g 随温度上升而减小,亦即其本征吸收波长λg 随温度上升而增大。

反映在半导体的透光特性上,即当温度升高时,其透射率曲线将向长波方向移动。

若采用发射光谱与半导体的λg(t )相匹配的发光二极管作为光源,则透射光强度将随着温度的升高而减小。

即通过检测透射光的强度或透射率,即可检测温度变化。

()eVE g 522.10=The application of optical fiber sensorAbstract: This paper describes the purpose of researching on FOS and its development. Based on the principle of all kinds of FOS,finishing some good function FOS.Firstly,we study the principle of FOS which helps me know the structure and theory.Secondly,because of the anlysis of the old FOS’framework,we combine some electric knowledge to design a fiber pressure sensor and a fiber temperature pressure.Between the whole course of the research,we take the measure of experimentation and theory studying.1. IntroductionOptical fiber sensor is developed at the end of 70 s as a new type of sensor, it has not affected by electromagnetic field effect, in essence safety explosion-proof, small size, corrosion resistance, the advantages of high sensitivity. Used in traditional sensor is difficult to set foot in the extreme environment, so in the military, aviation, biological medicine, building construction field is popular. So to optical fiber sensor research has very important practical significance. Sensing technology is popular in recent years, the application of the technology in the sensitive, accurate sensor, strong adaptability, cabinet and wisdom of the direction of development. In this process, optical fiber sensors the sensor to the new members of the family is extremely popular. Optical fiber has many excellent properties, such as: the electromagnetic interference and atomic radiation performance, diameter is fine, soft and light weight of mechanical properties, insulation, without induction electrical properties, water resistant, high temperature resistant and corrosion resistance of the chemical properties, it can not reach people places (such as high), or harmful to the person of the area (such as nuclear area), plays the role of the refreshing, and still can transcend boundaries, receiving of physiological the senses of not feeling outside information. Optical fiber sensor is a new technology in recent years, can be used to measure DuoZhong physical quantities, such as sound field, electric field, pressure, temperature, angular velocity, acceleration, etc, but also can complete the existing measuring technology difficult to complete measuring task. In the narrow space, in strong electromagnetic interference and high voltage environment, optical fiber sensors shows the unique charm. Therefore, the optical fiber sensing technology application research has the very good prospects. The optical fiber sensing advantage: high sensitivity; Geometric shape has many aspects of adaptability, can be made into any shape of the optical fiber sensor; Can manufacture various physical sensor information (sound, magnetic, temperature, rotation, etc.) of the device; Can be used for high pressure, electrical noise, high temperature, corrosion, or other harsh environment; But has the optical fiber sensing and the internal compatibility. Optical fiber sensor light sensitive information carrier, as the optical fibre as sensitive information transmission medium. Therefore, it also has the characteristics of optical fiber and optical measurement.(1) the electric insulation performance is good.(2) anti-electromagnetism interference ability.(3) the non-invasive.(4) the high sensitivity.(5) to be easy to implement the measured signal remote monitoring2. Optical communication introduction2.1 Optical cableCable of the transmission medium for optical fiber optical communication. Optical fiber is the abbreviation of optical fiber transmission rate is light, high dielectric consists of the light path. It is a kind of dielectric column optical waveguide. The so-called "optical waveguide" means in the form of light will be of electromagnetic energy use the principle of total reflection constraint and the waves in optical fiber guide inside or near the surface along the axis direction spread2.2 Wireless Optical CommunicationFSO system (FSO) to the atmosphere as a transmission medium to light signals transmitted. As long as the proper distance in the sending and receiving two end between machine without sunscreen, beyond the path and enough light transmission power, can realize the wireless optical communication3. Optical fiber sensor profile3.1 Optical fiber sensor structure principleBased on the traditional sensor is a measurement of the state transition for measurable signals of the device. Its power supply, sensitive components, receiving signal and processing system and information transmission all use metal wire connection, see chart (a). Optical fiber sensor is a kind of the measurement of the state transition for the light signal can be measured by the device. The transmitter, light sensitive components (optical fiber or the optical fiber), light receptors, signal processing system and the optical fiber by light a transmitter the light source of the optical fiber guide to sensitive components. At this time, the light of a certain property is measured by the regulation, already light receiving the coupling to light receptors, make the light signal into electrical signals, and finally get the signal processing to be measured. Visible, optical fiber sensor and to call for the traditional sensor based compared in measuring principle, have fundamentally different. Traditional sensor in machine, electricity measurement for the foundation, and the optical fiber sensor is based on optical measurement.Light is an electromagnetic wave, the far infrared wavelengths from extremely the LMM to a far ultraviolet 10 nm. Its physical function and biological chemistry because one of the main electric field and cause. Therefore, to discuss the light sensitive measurement must be consider light of electricity vector of the vibration of the E, namelyA-the amplitude of the vector field E; Omega of the waves of light-the vibration frequency;Phi-light phase; T-light transmission time.Visible, if make light intensity, polarization direction of A (vector), frequency and phase one of the parameters such as with the change of state is measured and change, or is measured by A, then, through the light intensity modulation, polarization modulation frequency modulation, or phase modulation of demodulation, gain needed be measured information.3.2 The classification of the optical fiber sensorThe classification of fiber optic sensor has DuoZhong form, can according to optical fiber sensorin the role of classification, can also according to light modulation of the tested object by the formof classification3.2.1According to the function of optical fiber sensor in classificationOptical fiber sensor into functional, the functional and picked up three types of light type1).Functional (all fiber type) optical fiber sensorUse has sensitive to outside information ability and the ability of testing (or special optical fiber optical fiber sensor), will "pass" and "feeling" integrated sensor. Not only the light on optical fiber effect, and still use of optical fiber in the external factors (bending, phase transformation) function, its optical properties (light intensity, phase, the change of polarization, etc.) to realize "pass" and "sense" function. Therefore, the optical fiber sensor is continuous. Due to the continuous fiber, increase its length, can improve the sensitivity2).The functional (or says light-transmission type) optical fiber sensorThe only light guide fiber role, "the" not only "sense" to outside information, "feel" function depend on other physical properties of functional component finish. Optical fiber discontinuous. This kind of optical fiber sensor to need not special optical fiber and other special technology, much easier to achieve, and the cost is low. But sensitivity is low, the sensitivity requirement is not too high for the occasion.3).Pick up the light fiber-optic sensorWith optical fiber probe, as received from tested object radiation light or be its reflection, scattering of light. Its typical examples such as optical fiber laser doppler velocity gauge, FuSheShi optical fiber temperature sensors, etc.3.2.2 Intensity modulation fiber-optic sensorsIt is a use of tested object of the change sensitive components the refractive index, absorb or reflection of the parameters such as changes, and lead to the light intensity changes to achieve sensitive sensors measuring. Use of optical fiber bending loss of micro; The material of the absorption characteristics; Vibration film or LCD reflected light intensity change; Materialbecause of all sorts of particle rays or chemical, mechanical incentive and shine phenomenon; And the material of the fluorescent light radiation or the road block to form such as pressure, vibration, temperature, displacement, gas, etc. Various kinds of intensity modulation fiber-optic sensors.Advantages: simple structure and easy to implement, and the cost is low.Faults: light intensity by fluctuations and connectors loss of changes greatly.(2).Polarization modulation fiber-optic sensorsIt is a kind of polarization of light changes to deliver the tested object information of the sensor. Favorable light in magnetic field in the medium of the spread of Faraday effect of current, magnetic field sensors made; Use light in the electric field spread a piezoelectric crystal of the bubble's effect of the electric field, make voltage sensor; The light of the use of matter the effect of pressure, vibration or a sound sensors; And the use of optical fiber birefringence sex constitute the temperature, pressure, vibration for the sensor. This kind of sensor can avoid light source of strength changes of ah, so high sensitivity.(3).Frequency modulation fiber-optic sensorsIt is a use of monochromatic shot to the object to be tested the reflected light changes the frequency of the monitor to the sensor. Use of sports objects reflect light and scattering light doppler effect of the optical fiber speed, vibration, pressure, flow velocity and acceleration sensors; By using material glare of the Raman scattering when a measuring gas concentration or monitoring air pollution gas sensors; And the use of organic light of the temperature sensor, etc.Phase modulation sensor(4).he basic principle is to use tested object to sensitive components in the role of the sensitive components of the refractive index or the transmission constant change, and lead to the phase of the light change, make the two beams of the interference fringes monochromatic produces change, through the test of the interference streak to determine the amount of variation of the light of phase change, and get tested object of information. Usually run out of the favorable effect sound, pressure or vibration sensor; Use magnetostrictive effect of the current, magnetic field sensors; Use electricity to the electric field, adjustable voltage sensor and the use of optical fiber, g (Sagnac stablished) effect of angular velocity sensor (optical fiber gyro), etc. This kind of sensor sensitivity high. But because must use special optical fiber and high precision testing system, so the cost is high.4.The design of optical fiber sensing a thermometerof light This is because the semiconductor the eigenvalue of the absorption of the cause, lambda g called semiconductor the eigenvalue of the absorption wavelength. Electronic valence band inspired to guide from with the absorption of the eigenvalue called cause absorption. When certain wavelengths of light to illuminate the semiconductor, electronic absorb the light from the price jump with having the conduction band, obviously, to happen on the absorption, photon energy must be greater than the width of the semiconductor with Eg, namelyg E h ≥υg E h ≥υProduce the kind of absorption conditions :H-Planck's constant; V-light frequenciesFor lambda = c/v, it producesSo, for the wavelength of the light, greater than the lambda gSo, for the wavelength of the light, greater than the lambda g can pass through, and less than the wavelength semiconductor light will be lambda g semiconductor absorption. Different kinds of semiconductor materials have different the eigenvalue of the absorption wavelength, the graph is in room temperature (20 ℃), 120 mu m thick GaAs transmission rate curve of the material. GaAs at room temperature absorbed the eigenvalue of the wavelengths of about 880 nm or so, the absorption spectra of the semiconductor and Eg, semiconductor materials about the Eg with temperature different and different, Eg and the relationship between temperature t can be expressed as:This shows, Eg of semiconductor materials with temperature increasing and decreases, and that is the kind of the absorption wave lambda g increases with temperature increasing. Reflected in the semiconductor in characteristics, and that is when the pervious to light the temperature rises, the transmission rate curve will long to direction. If you use the emission spectrum andsemiconductor lambda g (t) matching leds as the light source, the transmission light intensity will decrease with the rise of temperature. That is, through the test of strength or transmitted light transmission rate, can testing temperature changes.。

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