光纤传感器的设计1
光纤式温度传感器的设计
J I A N G S U U N I V E R S I T Y学院名称：专业班级：学生姓名：学生学号：2011 年 6 月光纤式温度传感器的设计一、设计的目的通过利用水银的遮光性，以及水银的热胀冷缩性能,当水银达到一定的液位时，从而遮住光纤的传输路线。
这达到光纤传输跳跃，通过信号的终断输出到到外输接口的，以达到预期目的。
二、光纤导光的原理光是一种电磁波，一般采用波动理论来分析导光的基本原理。
然而根据光学理论中指出的：在尺寸远大于波长而折射率变化缓慢的空间，可以用“光线”即几何光学的方法来分析光波的传播现象，这对于光纤中的多模光纤是完全适用的。
为此，我们采用几何光学的方法来分析。
由图2-1可以看出：入射光线AB 与纤维轴线OO 相交为θi 入射后折射(折射角为θj ) 至纤芯与包层界面C 点，与C 点界面法线DE 成θk 角，并由界面折射至包层，CK 与DE 夹角为θr 。
图2-1 光纤导光示意图由图2-1可得出j i n n θθsin sin 10= （2-1）r k n n θθsin sin 21= （2-2）由（2-1）式可推出 j i n n θθsin )(sin 01=因k j θθ-=090所以k k k i n n n n n n θθθθ20101001sin 1cos )90sin()(sin -==-= （2-3） 由（2-2）式可推出r k n n θθsin )(sin 12=并代入（2-3）式得21201)sin (1sin r i n n n n θθ-= k n n n θ222210sin 1-=（2-4） （2-4）式中n 0为入射光线AB 所在空间的折射率，一般皆为空气，故10≈n ；n 1为纤芯折射率，n 2为包层折射率。
当叫n 0＝1，由(2-4)式得=i θsin r n n θ22221sin - （2-5） 当090=r θ的临界状态时，0i i θθ=22210sin n n i -=θ （2-6）纤维光学中把(2-6)式中0sin i θ定义为“数值孔径”NA(Numerical Aperture )。
光纤传感器设置方法
光纤传感器设置方法光纤传感器是一种利用光纤作为传输介质的传感器。
它通过测量光纤中光的变化来检测环境中的物理量，如温度、压力、形变等。
光纤传感器的设置方法主要包括以下几个步骤：选择合适的光纤传感器、准备传感器安装位置、准备传感器连接设备、完成光纤传感器的设置和校准。
首先，选择合适的光纤传感器。
光纤传感器有许多不同类型，包括光纤气体传感器、光纤压力传感器、光纤温度传感器等。
根据需要选择适合的传感器类型，确保其能满足实际应用的要求。
接下来，准备传感器安装位置。
根据实际应用场景选择合适的安装位置。
一般来说，光纤传感器需要与被测物理量接触或靠近，以便能准确感知物理量的变化。
传感器安装位置的选择应考虑到物理量的分布特点、测量精度要求、传感器安装固定的可行性等因素。
然后，准备传感器连接设备。
光纤传感器通常需要连接到数据采集设备或信号处理器，以便将传感器采集到的信号转换为可供分析和使用的电信号。
根据光纤传感器的接口类型进行选择，例如，USB接口、RS232接口等。
确保传感器连接设备与传感器类型和接口兼容，并具备足够的分辨率和采样率。
接下来，完成光纤传感器的设置和校准。
根据传感器的使用说明和技术手册进行设置和校准。
首先，将传感器正确连接到数据采集设备，并确保连接稳固可靠。
然后，根据传感器的特性和测量要求进行合适的设置，如采样频率、灵敏度等。
最后，进行传感器的校准，以确保其输出信号与实际被测物理量的关系准确可靠。
在进行光纤传感器设置和校准的过程中，需要注意以下几点：首先，保护光纤传感器免受机械和环境损害。
光纤传感器是非常脆弱的，需要小心操作和安装，避免过大的力或弯曲导致光纤断裂。
其次，校准过程要仔细操作，确保测量结果的准确性。
最后，根据需要定期检查和维护光纤传感器，以确保其长期稳定的工作。
总之，光纤传感器的设置方法包括选择合适的传感器类型、准备传感器安装位置、准备传感器连接设备、完成传感器的设置和校准等步骤。
正确的设置和校准过程能够确保光纤传感器的准确可靠工作，并满足实际应用的要求。
光纤传感器系统的设计与应用实践
光纤传感器系统的设计与应用实践光纤传感器系统是一种基于光纤技术的传感器系统，通过光纤作为传输介质，利用光的性质来实现对物理量的测量和检测。
光纤传感器系统具有高灵敏度、远程传输、抗干扰等优点，在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
本文将重点介绍光纤传感器系统的设计原理和应用实践。
光纤传感器系统的设计基本原理是利用光纤的传输和散射特性来感知环境中的物理量变化。
光纤传感器系统通常由光源、光纤、光纤传输模块和检测模块组成。
光源产生光信号，光纤作为传输介质将光信号传输到检测模块进行处理和分析。
根据测量的物理量不同，光纤传感器系统可以分为光纤温度传感器、光纤应力传感器、光纤压力传感器等多个类型。
在光纤传感器系统的设计中，关键是光纤的选择和光纤的布局。
光纤的选择要根据不同应用场景的需求来确定。
一般情况下，我们可以选择具有低损耗和高灵敏度的光纤。
光纤的布局则需要根据实际测量要求和环境条件进行合理设计。
例如，对于温度传感器，我们可以将光纤固定在待测物体上，通过测量光纤长度的变化来推算温度的变化。
光纤传感器系统的应用实践非常广泛。
在工业领域，光纤传感器系统常用于温度、应力、压力等物理量的测量与监控。
例如，在汽车制造过程中，可以使用光纤传感器来监测发动机的温度和应力情况，以确保发动机的正常运行。
在医疗领域，光纤传感器系统可以用于体温、心率等生命体征的监测。
通过将光纤传感器嵌入到医疗设备中，可以实现对患者的实时监测，提高诊断和治疗的效果。
此外，光纤传感器系统还可用于环境监测和安全防护等领域。
例如，在地质勘探中，可以使用光纤传感器来监测地壳的位移和变形情况，预测地震的发生。
在建筑物安全方面，光纤传感器系统可以用于监测建筑结构的变形和破损情况，提前发现并修复潜在的风险。
光纤传感器系统的设计与应用实践还面临一些挑战和改进的空间。
首先，我们需要进一步提高光纤传感器系统的灵敏度和分辨率，以满足更高精度的测量需求。
其次，光纤传感器系统的成本较高，需要寻找更经济实用的生产方法和材料。
光纤温度传感器的设计
《传感器原理与应用》课程设计（2008级）项目名称光纤温度传感器的设计小组成员李翔 200803011015李斌 200803011016王搏 200803011008指导教师罗武胜鲁琴机电工程与自动化学院《测控技术与仪器》专业目录摘要 (v)Abstract (vi)第1章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2光纤传感器及其分类 (1)1.3光纤传感器的基本原理 (1)1.3.1光强调制型 (2)1.3.2相位调制型 (3)1.3.3偏振态调制型 (3)1.4光纤传感器的特点 (4)第2章光纤温度传感的理论基础 (5)2.1光纤温度传感器简介 (5)2.2分布式拉曼散射 (6)2.3拉曼散射原理 (6)2.3.1 拉曼散射的基本原理 (6)2.3.2自发拉曼散射 (7)2.3.3 受激拉曼散射 (9)2.4 本章小结 (9)第3章光纤测温系统的组成 (11)3.1 光纤测温系统的硬件总体结构 (11)3.1.1 系统的结构及作用过程 (11)3.1.2光纤测温系统的理论分析 (12)3.1.3温度数据的得到方法 (13)3.2 光纤温度传感系统的主要技术指标的影响因素 (14)3.2.2 温度分辨率 (15)3.2.3空间分辨率 (16)3.2.4精度测量 (17)3.2.5测量时间 (17)3.2.6传感用光纤长度的影响 (18)3.3 硬件各部分的具体实现 (18)3.3.1激光器和光纤 (18)3.3.2 分光器 (19)3.3.3光电转换电路 (19)3.3.4数据采集模块 (22)3.3.5 电脑 (22)3.4 软件的实现 (23)3.4.1 Delphi简介 (23)3.4.2 测温系统软件部分 (24)3.4.3 显示子模块 (27)3.5 整体调试 (28)3.5.1 系统调试和标定 (28)3.5.2 系统稳定性分析 (29)3.6 本章小结 (30)第4章光纤温度传感器的应用 (31)4.1 光纤温度传感器在电力设备中的应用 (31)4.2 影响系统稳定性的问题研究 (33)4.3 系统误差分析 (33)4.4 本章小结 (33)结论 (34)参考文献 (35)摘要分布式光纤温度传感器则是重要的利用光纤进行测量的温度传感器。
基于光纤技术的传感器设计与制作
基于光纤技术的传感器设计与制作随着传感技术的日益发展，基于光纤技术的传感器越来越受到人们的关注。
光纤传感器具有高灵敏度、高精度、无电磁干扰等优点，可以广泛应用于国防、航天、交通、环保、生物等领域。
因此，本文将介绍基于光纤技术的传感器的设计与制作。
一、光纤传感器的工作原理光纤传感器是通过测量光纤中的光学信号来实现对物理量的测量，其工作原理基于光纤的两个基本特性：光纤中光的传输和散射。
光纤中的光的传输是指光信号的传输过程，光信号进入光纤后，会在光纤中不断地反射和折射，并沿着光纤的轴线传播，直到到达光纤的另一端。
光纤中的散射是指光的弹性散射和非弹性散射。
其中弹性散射仅改变了光的方向，频率和相位等基本性质不变，非弹性散射则会改变这些基本性质。
这些散射现象都会引起光的衰减和光强的分布变化，因此可以用来测量物理参量。
二、基于光纤技术的传感器分类光纤传感器可以根据测量物理量的不同而分为各种类型，例如温度传感器、压力传感器、加速度传感器、位移传感器等。
其中，光纤光栅传感器和拉曼光纤传感器的应用最为广泛。
1.光纤光栅传感器光栅传感器是利用光学光栅上的“反射率分布”或“折射率分布”来实现对光的干涉和散射衍射的控制，从而测量物理参量的变化。
常见的光纤光栅传感器有布拉格光栅传感器和长周期光纤光栅传感器。
布拉格光栅传感器利用薄膜布拉格反射镜，通过控制反射率分布进行光的干涉，从而实现对物理参量的测量。
长周期光纤光栅传感器则利用周期性光纤中的衍射，通过调制光纤表面的折射率分布，从而实现对物理参量的测量。
2.拉曼光纤传感器拉曼光纤传感器是利用拉曼光谱原理，通过测量物质分子的振动和旋转引起的光谱特征来实现对物理参量的测量。
光纤传感器与样品接触，激发样品中的分子振动和旋转，产生拉曼散射光，再经过光谱仪分析和处理，最后测量物理参量的变化。
三、基于光纤技术的传感器的设计与制作基于光纤技术的传感器设计与制作需要考虑材料、光学参数、结构和制造工艺等因素。
光纤式温度传感器的设计
光纤式温度传感器的设计光纤式温度传感器又被称为光纤温度计，是一种利用光纤技术来测量温度的传感器。
相比传统的热电偶和热敏电阻等温度传感器，光纤式温度传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、耐高温性能好等优点，因此在工业自动化、电力系统、航空航天等领域得到广泛应用。
本文将详细介绍光纤式温度传感器的设计原理和实现方法。
光纤式温度传感器的设计原理主要基于光纤的热致发光效应和光纤光衰减的温度依赖特性。
当光纤受热时，光纤的折射率会发生变化，进而引起光纤信号的衰减。
利用这一原理，可以通过测量光纤信号的强度变化来确定环境的温度。
具体而言，光纤式温度传感器的设计包括传输光源、光纤传输介质、光纤传感部分和信号接收部分等几个关键组成部分。
传输光源通常采用光电二极管、激光二极管或LED等，经过滤波装置过滤出特定波长的光信号。
光纤传输介质一般选用具有低光损耗和高耐温性能的光纤。
光纤传感部分是光纤式温度传感器的核心部分，通常采用光纤光栅、光纤圈漂移或光纤布里渊散射等结构。
这些传感部分中，光纤光栅是目前应用最广泛的一种，其主要原理是通过光纤中周期性的折射率调制来实现传感。
在信号接收部分，光纤传感信号经过光电二极管、光电探测器等转换为电信号，并经过滤波、放大等处理得到温度信号。
同时，为了降低传输过程中的噪声干扰，还可以采用差分放大电路和滤波电路等技术手段。
实现光纤式温度传感器的设计需要考虑以下几个关键问题：首先是光纤的选择。
由于光纤是传输光信号的介质，其光损耗和耐温性能对传感器的性能有很大影响。
因此，在选择光纤时需要综合考虑其损耗特性、折射率温度依赖性、耐温性能等因素。
其次是光纤传感部分的设计。
光纤光栅、光纤圈漂移和光纤布里渊散射等传感结构都有自己的特点和适用范围，需要根据具体的应用场景进行选择。
另外，为了提高传感器的精度和稳定性，还需要考虑温度校准和补偿技术。
通过在不同温度下对传感器进行标定，可以建立温度与光信号强度之间的关系，并利用补偿算法对测量结果进行修正。
欧姆龙光纤传感器设置方法(一)
欧姆龙光纤传感器设置方法(一)欧姆龙光纤传感器设置方法引言欧姆龙光纤传感器是一种常用于检测物体存在、位置或者颜色的传感器。
在使用这种传感器之前，我们需要进行一些设置来确保其正常工作。
本文将详细介绍欧姆龙光纤传感器的设置方法，帮助读者快速上手。
步骤一：选择适当的光纤传感器•根据需要选择适当的光纤传感器，考虑物体的大小、形状、颜色以及环境的光照等因素。
•确定传感器的工作距离和响应时间，确保其能够满足实际应用的需求。
步骤二：安装光纤传感器1.准备工作：将传感器安装在稳固的物体上，确保传感器的光纤与待检测物体靠近。
同时，避免光纤弯曲、折叠或者受到外界干扰。
2.连接传感器：将传感器与控制系统进行连接，正确接插头和线缆极性。
3.固定光纤：将光纤固定在待检测物体或者其周围，确保其位置稳定。
步骤三：设置传感器参数1.调整灵敏度：根据待检测物体的特性，调整传感器的灵敏度。
可以通过旋钮、按钮或者控制系统进行调节。
2.设置检测模式：根据需要选择合适的检测模式，如光电、红外或者多光源模式。
3.调整阈值：根据实际应用需要，调整传感器的阈值，以确定触发信号的阈值大小。
步骤四：测试光纤传感器1.测试连接：确保传感器与控制系统的连接正常，没有松动或者接触不良的情况。
2.观察指示灯：开启传感器，观察指示灯的亮灭情况，确认传感器工作正常。
3.检测物体：将待检测物体移动到传感器的工作范围内，观察传感器的响应情况。
维护与故障排除1.定期检查：定期检查传感器的工作状态和连接情况，确保其正常工作。
2.清洁光纤：定期清洁光纤，避免灰尘或污渍对传感器的影响。
3.处理故障：根据传感器的故障指示，参考使用手册进行故障排除。
结论准确设置欧姆龙光纤传感器是保证其正常工作的关键。
通过选择合适的光纤传感器、正确安装和设置传感器参数，并进行测试和维护，我们可以确保传感器在各种应用中可靠地工作。
希望本文对读者有所帮助。
注意：本文中出现的方法和步骤仅供参考，具体操作应根据实际情况和产品手册进行。
光纤温度传感器设计
光纤温度传感器设计光纤温度传感器是一种基于光纤技术的温度测量装置，能够实时监测目标物体的温度变化并输出相应的信号。
它具有高精度、抗电磁干扰、可远程测量等优势，被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
本文将重点介绍光纤温度传感器的设计原理与实施步骤。
设计光纤温度传感器的关键步骤如下：1.选择合适的光纤：应选用具有高灵敏度、低损耗的单模光纤。
常用的光纤材料包括石英、硅光纤等。
2.光纤外皮材料的选择：光纤外皮需要具有良好的热传导性能，以提高温度传感器的响应速度。
可以选择具有高热导率的金属或陶瓷来包覆光纤。
3.安装光纤传感器：将光纤固定在需要测量温度的目标物体上。
可以使用夹具、粘合剂或螺纹等方式固定光纤。
4.光纤光束的传输：需要设计一个适当的光路来保证光纤入射光的稳定传输。
可以使用透镜、光栅等光学元件来调节光束的角度和强度。
5.光纤光束的检测：通过检测透射光的功率变化来计算温度值。
可以使用光电二极管、光敏电阻等光学传感器来实现光功率的测量。
6.温度计算与输出：根据光功率的变化和预先设置的标定曲线，可以通过计算得到目标物体的温度值。
然后通过模拟信号输出或数字信号输出等方式将温度值传送到接收端。
需要注意的是，光纤温度传感器在设计过程中还要考虑防水、防污染等因素。
可采用光纤密封技术和表面涂层等方法来增加传感器的耐久性和稳定性。
总之，光纤温度传感器的设计是一个复杂而精细的过程，需要综合考虑光学、电子、材料等多个方面的知识。
通过合理选择光纤材料、设计适当的光路和检测方法，能够实现高精度、抗干扰的温度测量。
这将有助于提高工业生产过程的自动化水平、改善环境监测能力以及提升医疗设备的精准度。
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HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY
物理实验报告
实验题目：光纤传感器的设计
姓名：
物理实验教学中心
实 验 报 告
一、实验题目：光纤传感器的设计
二、实验目的：
1.了解光纤传感器设计实验系统的基本构造和原理及应用；
2.了解光纤传感器设计实验系统的补偿机理，验证补偿效果；
3.设计光纤位移传感器，给出定标曲线。
三、实验仪器：
光纤传感设计实验系统主机、三光纤补偿式传感探头、精密机械调节架。
四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：
图1
在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强。
在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为
2
022(,)exp[](2)(2)
SI d I x d x x πωω=⋅- （1）
考虑到光纤的本征损耗，光纤所接收到的反射光强可进一步表示为
00(,)(,)I x d I K KRf x d =
式中 I 0——注入光源光纤的光强；
K 0，K ——光源光纤和反射接收光纤的本征损耗系数； R ——反射器的反射系数；
d ——两光纤的间距；
f (x ,d )——反射式特性调制函数。
结合式(1)，f (x ,d )由下式给出，即
22
022(,)exp[](2)(2)
a d f x d x x πωω=⋅-
其中 3/2
00
()[1()]
x
x a a ωξ
=+ 为了避免光源起伏和光纤损耗变化等因素所带来的影响。
采用了双路接收的主动补偿方式可有效地补偿光源强度的变化、反射体反射率的变化以及光纤损耗等因素所带来的影响。
补偿式光纤传感器的结构由图1给出。
由（1）式可知
1002
00(,)(,)
(,2)(,2)I x d I K KRf x d I x d I K KRf x d =⎧⎨
=⎩ 则两路接收光纤接收光强之比为
])
2()2(exp[22
221x d d I I ω--= 通过实验建立两路接收光强的比值与位移的关系（标定）后，即可实现补
偿式位移测量。
五、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论）：
1、反射式双光纤接收光强特性曲线
Y l i g h t /m v
X distance/0.2
2、补偿式光纤位移测量标定曲线
Y l i g h t /m v
X distance/0.2mm。