光纖傳感器的其他應(yīng)用課件

1、第14章 光纖傳感器的其他應(yīng)用光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 14.1光纖傳感器在軍事方面的應(yīng)用 14.2光纖傳感器在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用 14.3第14章 光纖傳感器的其他應(yīng)用14.1 光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 目前，比較典型的光纖醫(yī)用傳感器有如下幾種：光纖血流計(jì)、光纖 pH 值傳感器、光纖體壓計(jì)、光纖體溫計(jì)、光纖氧飽和度傳感器等。114.1.1 光纖血 流計(jì)2 14.1.2光纖pH值傳感器 314.1.3 光纖體壓計(jì)414.1.4 光纖體溫計(jì) 514.1.5 光纖氧飽和度傳感器6 14.1.6 光纖血?dú)獗O(jiān)測(cè)傳感器 14.1 光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用14.1.1 光纖血流計(jì)光纖血流計(jì)的工作原理是應(yīng)用

2、多普勒頻移原理，基本結(jié)構(gòu)如圖14.1所示：圖14.1 光纖血流計(jì)及其探頭工作原理14.1.1 光纖血流計(jì)氦氖激光器的線偏振光由分束器分成兩束，一束由透鏡耦合進(jìn)心徑約150 的光纖，光纖的另一端插入注射針頭內(nèi)，注射器以角度插進(jìn)血管內(nèi)。激光經(jīng)光纖到達(dá)血液中，被直徑約為7 nm 的流動(dòng)著的紅血球散射后，再次返回，光纖的光信號(hào)產(chǎn)生的多普勒頻移由下式給出： (14.1) 14.1.1 光纖血流計(jì)式中，為血流速度；n為血液的折射率，其值為1.33； 為光纖軸線與血管軸線間的夾角； 為激光波長(zhǎng)。分束器的另一束光用做參考光，將驅(qū)動(dòng)頻率f1=40 MHz的布拉格盒移頻器，置于參考光路中，用以區(qū)別血流方向。移頻后

3、的參考光信號(hào)頻率為 f0-f1（f0是光源的頻率）。將新的參考光信號(hào)與多普勒頻移信號(hào)( f0+f )進(jìn)行混頻，就得到要探測(cè)的光信號(hào)。這種方法稱為光學(xué)外差法。14.1.1 光纖血流計(jì)以雪崩光電二極管探測(cè)混頻光信號(hào)，變換成光電流送進(jìn)頻譜分析儀，可以得到血流速度的多普勒頻移譜，如圖14.2所示。 圖14.2 多普勒頻移譜 14.1.1 光纖血流計(jì)圖中的符號(hào)由血流方向確定，根據(jù)式(14.1)當(dāng)090時(shí)，f為正，即出現(xiàn)右移頻率； 當(dāng)90 180時(shí)，f為負(fù)，則出現(xiàn)左移頻率。頻率表示最大頻移fcut（或截止頻率）。 在實(shí)際的血流測(cè)量中，所觀察到的多普勒信號(hào)為寬頻信號(hào)，如圖14.2中實(shí)線所示。 14.1.1

4、光纖血流計(jì)由于光纖探頭要探入血管，因此注射器的針頭形狀就很重要，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懷魉俣茸V。這種注射器具有特制的托座，其結(jié)構(gòu)如圖14.3所示. 圖14.3 光纖探頭與托座14.1.1 光纖血流計(jì)圖14.4是實(shí)驗(yàn)得到的信號(hào)多普勒頻譜。圖14.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的多普勒頻譜圖14.1.1 光纖血流計(jì)A, B, C 分別為光纖頂端接近血流表面、在血流中和在血流中接近轉(zhuǎn)盤底表面三種情況的頻譜。在頻譜的 40 MHz 處產(chǎn)生一個(gè)尖峰，此尖峰與速度 0 相對(duì)應(yīng)。在情況 A 中，因?yàn)檠鳑]有受到干擾，多普勒信號(hào)顯示為相當(dāng)窄的頻率分布；在情況 B 中，頻譜很寬，從 40 MHz 到較高的頻率，最后降到散粒噪聲水平。

5、多普勒變化信號(hào)的展寬是由光纖插入血管中所引起的干擾造成的。 14.1.1 光纖血流計(jì)在情況 B 中，頻率變化 f 與情況 A 中頻率f 乘以 1.33 相一致，而 1.33 恰好為血液的折射率。所以，情況 A 和情況 B 的變化是分別發(fā)生在空氣中和血液中的多普勒效應(yīng)的結(jié)果。情況 C 中，在 fcut 附近出現(xiàn)一個(gè)小的低尖峰，這是血液中轉(zhuǎn)盤射的多普勒信號(hào)的影響。整個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，可以用fcut 正確表示血流速度。 14.1.1 光纖血流計(jì)光纖多普勒速度計(jì)還有很多別的設(shè)計(jì)方式，主要是選取參考信號(hào)的方法不同。圖14.5簡(jiǎn)要示出了已經(jīng)在醫(yī)學(xué)上得到很多實(shí)際應(yīng)用的一種儀器。 圖14.5 非插入式光纖多普勒血流

6、計(jì)14.1.2 光纖 pH 值傳感器光纖 pH 值傳感器是生物化學(xué)傳感器，它的特點(diǎn)是利用光纖末端安置的敏感元件感受信息，以測(cè)定人體或生物體內(nèi)的生物化學(xué)量。光纖 pH 值傳感器是以染料指示劑為基礎(chǔ)進(jìn)行工作的，它的敏感部分使用一種可逆反應(yīng)劑染料指示劑，例如酚紅染料試劑。 14.1.2 光纖 pH 值傳感器酚紅染料試劑具有兩種狀態(tài)形式，即基本狀態(tài)和酸化狀態(tài)。每一種狀態(tài)有不同的光吸收譜線，基本狀態(tài)是對(duì)綠色光譜吸收，酸化狀態(tài)是對(duì)藍(lán)色光譜吸收，pH 值是由酚紅試劑對(duì)綠光（或監(jiān)光）光譜的吸收量來決定的。 14.1.2 光纖 pH 值傳感器在實(shí)際運(yùn)用中，為了提高靈敏度消除誤差，采用雙波長(zhǎng)工作方式，取藍(lán)綠色光

7、( 1= 560 nm )作為調(diào)制檢測(cè)光，紅色光 ( 1= 630 nm ) 作為參考光，探測(cè)器接收到的藍(lán)綠光和紅色光強(qiáng)度的吸收比值為R ，pH 值與 R 的關(guān)系為 (14.2)式中，K 為與光學(xué)系統(tǒng)有關(guān)的常數(shù)；D 為染料在第一個(gè)波長(zhǎng)的光密度； pH - PK ，其中 PK 為指示劑酸堿平衡常數(shù)。14.1.2 光纖 pH 值傳感器由式(14.2)可以描繪出 R-曲線，如圖14.6所示。從該曲線可以看出，在pH = PK 附近有一段線性非常好的區(qū)域，即在這個(gè)范圍內(nèi)，pH 值與接收到的兩種顏色光強(qiáng)的比值基本呈線性關(guān)系。圖14.6 藍(lán)綠光與紅光強(qiáng)度的吸收比值 R 與的關(guān)系曲線14.1.2 光纖pH值

8、傳感器圖14.7(a)示出了以吸收值為基礎(chǔ)的pH 值傳感器的探頭結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的探頭存在一些問題,為了解決這些問題，改進(jìn)了探頭的結(jié)構(gòu)，如圖14.7(b)所示。14.1.2 光纖pH值傳感器 圖14.7 pH 值傳感器的探頭結(jié)構(gòu)圖 14.1.3 光纖體壓計(jì)圖14.8 是一種光纖體壓計(jì)探針結(jié)構(gòu)示意圖。對(duì)壓力敏感的防水薄膜被安置在探針導(dǎo)管末端側(cè)壁的小孔上，通過一根懸臂與反射鏡相連。在與反射鏡相對(duì)的探針導(dǎo)管里裝有兩束光纖，上面一束是入射光纖，下面一束是輸出光纖。 圖14.8 光纖體壓計(jì)探頭結(jié)構(gòu)示意圖 14.1.3 光纖體壓計(jì)圖14.8中，在壓力 P = 0 時(shí)，沒有光信號(hào)反射進(jìn)入輸出光纖

9、。當(dāng)薄膜在壓力作用下使懸臂平面向下移動(dòng)時(shí)，反射鏡方向傾斜，使輸出光纖接收到與壓力大小有關(guān)的光強(qiáng)信號(hào)。14.1.3 光纖體壓計(jì)圖14.9則是一種 Y 形光纖束結(jié)構(gòu)的體壓計(jì)。對(duì)壓力敏感的反射薄膜被安裝在 Y 形光纖束的公共端面一側(cè)。光源的光經(jīng) Y 形光纖的一支輸入，經(jīng)反射薄膜反射后的光經(jīng) Y 形光纖的另一支輸出到光探測(cè)器上。 圖14.9 Y 形光束結(jié)構(gòu)的體壓計(jì) 14.1.3 光纖體壓計(jì)圖14.9中，壓力的改變，使薄膜與光纖束端面的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而調(diào)制反射光強(qiáng)的大小。光探測(cè)器的輸出信號(hào)與被測(cè)壓力成正比。14.1.3 光纖體壓計(jì)圖14.10為用于血壓測(cè)量的新型薄膜光纖體壓計(jì)結(jié)構(gòu)圖。兩根相同的多模

10、階躍光纖對(duì)接，一根光纖將光傳送到傳感部分，另一根光纖接收經(jīng)傳感部分后的剩余光。這種光纖的選擇特點(diǎn)是易彎曲，具有低的數(shù)值孔徑。 圖14.10 薄膜光纖體壓計(jì)結(jié)構(gòu)圖14.1.4 光纖體溫計(jì) Luxtron 溫度計(jì)，激光光譜和輻射光譜如圖14.11(a)所示，輻射光譜取決于溫度，圖中強(qiáng)度 Y 和強(qiáng)度 R 的比被用來決定溫度。輸出光強(qiáng)變化的溫度曲線如圖14.11(b)所示。 (a) 磷光混合物的激勵(lì)和發(fā)光譜 (b) 輸出光強(qiáng)變化的溫度曲線 圖14.11 Luxtron 溫度計(jì) 14.1.4 光纖體溫計(jì)光纖溫度傳感器的探頭結(jié)構(gòu)如圖14.12所示。傳感器的探測(cè)部分應(yīng)具有單端光輸入與輸出的功能。 圖14.1

11、2 光纖溫度傳感器的探頭結(jié)構(gòu)圖14.1.4 光纖體溫計(jì)用于超熱治療監(jiān)測(cè)的陣列式光纖體溫計(jì)外部光纖探頭結(jié)構(gòu)如圖14.13(a), (b)所示。探頭的外殼由醫(yī)學(xué)上可接受的含氟聚合物（聚四氟乙烯）擠壓成形，其外部的黑色絕緣層可以對(duì)散射光進(jìn)行屏蔽。在探頭連接端通過一個(gè)全塑料的連接器如圖14.13(c)所示，與測(cè)量?jī)x器配備的兩根長(zhǎng) 5 m的半固定光纜相連。這個(gè)長(zhǎng)度允許在高射頻或微波場(chǎng)中，測(cè)量?jī)x器可放在離測(cè)量點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方。 14.1.4 光纖體溫計(jì) 圖14.13 陣列式光纖體溫計(jì)外部光纖探頭結(jié)構(gòu)圖14.1.4 光纖體溫計(jì)單個(gè)傳感頭的具體結(jié)構(gòu)如圖14.14所示。 圖14.14 單個(gè)傳感頭的結(jié)構(gòu)圖纖心外是塑料

12、包層，包裹在包層外的是一個(gè)不透光的套管。14.1.4 光纖體溫計(jì) 少量的磷光體用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┕潭ㄔ诶w心的頂端。包在磷光體外的是反射層，反射層外是不透光層，它可以防止散射光進(jìn)入光纖纖心，從而影響溫度測(cè)量結(jié)果的精確度。最外面的是具有物理剛性的保護(hù)層，它包裹在光纖頂端和溫度傳感器之外。 14.1.5 光纖氧飽和度傳感器采用光纖傳感器測(cè)定氧飽和度的工作原理是：紅血球中的血紅蛋白處于過氧狀態(tài)（氧合血紅蛋白）與無氧狀態(tài)（還氧血紅蛋白）時(shí)，對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光有不同的吸收率，如圖14.15所示。 圖14.15 血液的光譜特性曲線 14.1.5 光纖氧飽和度傳感器在圖14.15中，從曲線可以看出，在波長(zhǎng)為600

13、 700 nm的紅光區(qū)，還氧血紅蛋白(Hb)的吸收系數(shù)遠(yuǎn)比氧合血紅蛋白(HbO2)的大，但在波長(zhǎng)為805 1000 nm的紅外光區(qū)，Hb的吸收系數(shù)要比HbO2的小。當(dāng)波長(zhǎng)為805 nm時(shí)，Hb和HbO2具有相同的吸收系數(shù)，稱為等吸收點(diǎn)。當(dāng)血氧飽和度變化時(shí)，血氧飽和度與660 nm和940 nm兩個(gè)波長(zhǎng)的相對(duì)光強(qiáng)之間存在較好的線性關(guān)系。14.1.5 光纖氧飽和度傳感器根據(jù) Beer-Lambert 定律，當(dāng)選定的入射光波長(zhǎng)為660 nm和940 nm時(shí)，其定律可表示為 (14.3)式中， 660 和 940 為全血在波長(zhǎng)為 660 nm 和 940 nm處的吸收率；A , B 為常數(shù)。 14.1

14、.5 光纖氧飽和度傳感器如圖14.16所示，傳感器通過接插頭與儀器相連接。通過程序設(shè)計(jì)控制微處理器時(shí)產(chǎn)生波長(zhǎng)為 660 nm 的紅光和波長(zhǎng)為 940 nm 的紅外光的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后送至光源驅(qū)動(dòng)電路。 圖14.16 光纖測(cè)氧計(jì)14.1.5 光纖氧飽和度傳感器光源驅(qū)動(dòng)電路將此信號(hào)進(jìn)行功率放大，再依次發(fā)送到傳感器上臂并列放置的紅光和紅外光發(fā)射二極管上，使它們發(fā)射光脈沖。光敏接收器件把血液吸收入射光的變化信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并通過電纜接口送入儀器內(nèi)部功能板中進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，從而計(jì)算出血氧飽和度值。14.1.6 光纖血?dú)獗O(jiān)測(cè)傳感器圖14.17為利用光學(xué)熒光法制成的內(nèi)血管血?dú)馓筋^結(jié)構(gòu)圖。

15、 圖14.17 內(nèi)血管血?dú)馓筋^結(jié)構(gòu)圖內(nèi)血管血?dú)鈮毫Φ墓饫w傳感器包括三個(gè)單光纖傳感器和一個(gè)完整的熱電偶。三個(gè)光纖傳感器分別對(duì) pO2 , pCO2 和 pH 值進(jìn)行測(cè)量，熱電偶直接讀取探頭和探頭尖端的血液溫度。14.2 光纖傳感器在軍事方面的應(yīng)用隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，其軍事方面的應(yīng)用也越來越突出。下面介紹光纖傳感器在軍事領(lǐng)域中的若干重要應(yīng)用。 14.2 光纖傳感器在軍事方面的應(yīng)用1 14.2.1 光纖傳感器的 航空航天軍事 應(yīng)用 2 14.2.2 光纖傳感器的 海上軍事應(yīng)用3 14.2.3 光纖傳感技術(shù) 在兵工測(cè)試中 的應(yīng)用 14.2.1 光纖傳感器的航空航天軍事應(yīng)用1光纖傳感器在軍用飛機(jī)和航

16、天器上的應(yīng)用 飛機(jī)和航天器的光纖傳感器系統(tǒng)大致包含4個(gè)部分： 飛行控制系統(tǒng)和導(dǎo)航用光纖傳感器 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)用光纖傳感器 機(jī)內(nèi)環(huán)境測(cè)控用光纖傳感器 光纖智能機(jī)殼監(jiān)控系統(tǒng)用光纖傳感器。 14.2.1 光纖傳感器的航空航天軍事應(yīng)用2光纖傳感器在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中的應(yīng)用(1) 用光纖傳感器監(jiān)測(cè)固體火箭藥柱內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變分布為了測(cè)出應(yīng)變分布，可以采用時(shí)分的分布式測(cè)量技術(shù)。這類光纖傳感系統(tǒng)的構(gòu)成如圖14.21所示。 圖14.21 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變光纖傳感系統(tǒng)14.2.1 光纖傳感器的航空航天軍事應(yīng)用 (2) 固體推進(jìn)劑燃燒速度光纖傳感器固體推進(jìn)劑燃燒速度是指單位時(shí)間內(nèi)燃燒面沿其法線方向移動(dòng)的距離

17、。一種光纖固體推進(jìn)劑燃燒速度傳感器設(shè)計(jì)方案的基本原理是，利用固體推進(jìn)劑燃燒時(shí)發(fā)光的特點(diǎn)，由多束光纖構(gòu)成測(cè)量燃燒面位置的光纖尺，通過測(cè)量燃燒面經(jīng)過光纖尺上各個(gè)標(biāo)定窗口的時(shí)間來推算出燃燒速度。 14.2.1 光纖傳感器的航空航天軍事應(yīng)用光纖束的輸出端置于金屬套管之外，其輸出光可由若干個(gè)光電探測(cè)器一一對(duì)應(yīng)地分別接收，也可由聚光透鏡聚合成一束后由單個(gè)光電探測(cè)器接收。光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)被送到信號(hào)處理系統(tǒng)中處理。 圖14.22 固體推進(jìn)劑燃燒速度光纖傳感器示意圖14.2.2 光纖傳感器的海上軍事應(yīng)用1光纖水聽器光纖水聽器所探測(cè)的信號(hào)源為水下目標(biāo)發(fā)出或反射的聲波。設(shè)水中聲波的振幅方程為 (14.4)式中

18、，A0 為水聲波的最大振幅；為水聲波的圓頻率， = 2 f （ f 為水聲波頻率）；為水聲波的傳播常數(shù)， =2/（為水聲波長(zhǎng)）；x 為水聲波的初始聲程。14.2.2 光纖傳感器的海上軍事應(yīng)用水聲波牽動(dòng)水粒子位移引起的水密度變化為 (14.5)式中，c為水中聲波的傳播速度；0 為靜止水密度。由于水密度變化產(chǎn)生的水聲波壓變化為 (14.6)14.2.2 光纖傳感器的海上軍事應(yīng)用微彎光纖水聽器是根據(jù)光纖微彎損耗導(dǎo)致光功率變化的原理制成的水聲傳感器。圖14.23為一種微彎光纖水聽器探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。光纖敏化結(jié)構(gòu)為具有10周期、類似于齒板副的隆起結(jié)構(gòu)平板副如圖14.23(a)所示，其中一塊帶隆起結(jié)構(gòu)的平

19、板與聚醋薄膜相連，另一塊與之峰谷相應(yīng)的隆起結(jié)構(gòu)平板通過十字結(jié)構(gòu)與水聽器外殼相連如圖14.23(b), (c)所示。 14.2.2 光纖傳感器的海上軍事應(yīng)用 圖14.23 微彎光纖水聽器探頭結(jié)構(gòu)示意圖14.2.2 光纖傳感器的海上軍事應(yīng)用微彎光纖水聽器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖14.24所示，光源為He-Ne 激光器，光束進(jìn)入傳感光纖后經(jīng)過模分離器( Mode Stripper )去掉包層模。去掉包層模的光束通過水聽器的探頭后，再一次經(jīng)過模分離器，然后由光探測(cè)器 PD 接收并送入頻譜分析儀。 圖14.24 微彎光纖水聽器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖14.2.2 光纖傳感器的海上軍事應(yīng)用 2桅桿式光電觀測(cè)裝置從20世紀(jì)

20、80年代開始，美、英、德等國(guó)家的潛望鏡制造廠商都開始研制一種不穿透潛艇耐壓船體的多功能傳感器成像系統(tǒng)，即潛艇光電桅桿。14.2.3 光纖傳感技術(shù)在兵工測(cè)試中的應(yīng)用1武器膛溫光纖傳感器目前國(guó)內(nèi)外膛壁溫度測(cè)試是根據(jù)膛內(nèi)測(cè)試結(jié)果用外推計(jì)算的方法求得被測(cè)膛溫的。由于膛壁表面溫度分布具有二重性，徑向和軸向都有溫度梯度，且徑向梯度遠(yuǎn)大于軸向梯度，采用熱電偶測(cè)膛壁溫度就有了一定局限，而采用光纖輻射溫度傳感器則具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。14.2.3 光纖傳感技術(shù)在兵工測(cè)試中的應(yīng)用2光纖傳感技術(shù)在引信測(cè)試中的應(yīng)用一種用于測(cè)量由發(fā)條或扭簧驅(qū)動(dòng)的鐘表機(jī)構(gòu)騎馬輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間的光纖傳感器如圖14.25所示。 圖14.25 鐘表機(jī)構(gòu)

21、騎馬輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間光纖傳感器14.2.3 光纖傳感技術(shù)在兵工測(cè)試中的應(yīng)用傳感器的工作原理是：光源 LED 發(fā)出的非相干光通過發(fā)射光纖投射到騎馬輪上，當(dāng)騎馬輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，所反射的光強(qiáng)發(fā)生一次變化。此信號(hào)由接收光纖傳至光電探測(cè)器(PD)，再經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)處理后輸出反映騎馬輪運(yùn)動(dòng)周期的方波，配以相應(yīng)的計(jì)時(shí)電路或記錄裝置，便可得到騎馬輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒所需的時(shí)間及整個(gè)工作過程中的時(shí)間變化。 14.2.3 光纖傳感技術(shù)在兵工測(cè)試中的應(yīng)用如圖14.26所示離心式引信鐘表機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間光纖傳感器。由于傳感器和被測(cè)件處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，傳感器的輸出需轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再由固定接收光纖接收，送至離心機(jī)外處理記錄。 圖14.26

22、 離心式引信鐘表機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間光纖傳感器14.3 光纖傳感器在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用大氣層是人類賴以生存的重要外界環(huán)境因素之一。大氣，就是大氣層內(nèi)的空氣，一般來說，是指占空氣質(zhì)量 95 左右的地面上 12 km 的空氣層，即人們常說的對(duì)流層。14.3 光纖傳感器在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用14.3.1 光纖NO2傳感器114.3.2 光纖NH3傳感器214.3.3 光纖CO2傳感器314.3.4 光纖CH4傳感器414.3.1 光纖NO2傳感器NO2 是污染大氣的主要?dú)怏w之一，是一種紅褐色有特殊刺激性臭味的氣體。圖14.27示出了基于分子差動(dòng)吸收法光纖遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖。 圖14.27 基于分子差動(dòng)吸

23、收法光纖遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)的組成框圖14.3.1 光纖NO2傳感器把摩托車排出的廢氣引進(jìn)測(cè)量氣室，發(fā)動(dòng)機(jī)速度由低速（約500 r/m）到高速（約3000 r/m）變化進(jìn)行測(cè)試，所得實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果曲線如圖14.28所示，圖中A區(qū)為低速區(qū)，B區(qū)為高速區(qū)。 圖14.28 NO2 濃度實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果曲線 14.3.2 光纖NH3傳感器光纖NH3氣體傳感器的探頭結(jié)構(gòu)如圖14.29所示。 圖14.29 光纖 NH3氣體傳感器的探頭結(jié)構(gòu)透氣膜采用疏水性好的聚四氟乙烯(PTFE)微孔過濾膜，既能把內(nèi)充液與樣品溶液分開，又能使NH3的極性氣體透過。14.3.2 光纖NH3傳感器疏水性透氣膜將內(nèi)充液密封在 PVC 外套管

24、與光纖末端形成的空腔內(nèi)，用固定螺釘調(diào)節(jié)光纖末端與透氣膜之間充液層的厚度，指示劑直接溶于內(nèi)充液中，并且被吸附于陰離子交換膜上。pH 敏感膜固定于光纖末端置于內(nèi)充液中，采用聚四氟乙烯作為防水密封膜。氣體穿過透氣膜進(jìn)入探頭，使探頭內(nèi)部電解質(zhì)溶液的 pH值發(fā)生變化，從而改變了內(nèi)充液中指示劑的共扼酸堿異構(gòu)體的濃度比。 14.3.2 光纖NH3傳感器采用雙光束補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)很好的補(bǔ)償，如圖14.30 所示。兩個(gè)LED 發(fā)出的光經(jīng)過半透半反鏡和透鏡系統(tǒng)以同樣的平行光束饋送入入射光纖，來自探頭的信號(hào)經(jīng)出射光纖直接由光電二極管接收。 圖14.30 雙光束補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)示意圖14.3.3 光纖CO2傳感器 CO2是大氣組成成分之一，但其含量過高會(huì)引起溫室效應(yīng)等多種不良影響，這一現(xiàn)象已得到了普遍重視。光纖CO2傳感器是以具有CO2可滲透膜和與碳酸氫小室相連接的 pH 敏感薄膜的熒光變化為基礎(chǔ)研制的。14