透射式光纖傳感器

透射式光纖傳感器第一頁，共十五頁，2022年，8月28日透射式光纖傳感器的原理圖第二頁，共十五頁，2022年，8月28日發(fā)射光纖與接收光纖對準(zhǔn)，光強調(diào)制信號加在移動的遮光板上，或者直接移動接收光纖。使接收光纖只能收到發(fā)射光纖發(fā)出的部分光，從而實現(xiàn)調(diào)制。圖5-6（a）為動光纖式光強調(diào)制模型，用來測量位移、壓力、溫度等物理量。這些物理量的變化使接收光纖的軸線相對于發(fā)射光纖錯開一段距離x.光強按5-6（b)所示的曲線減弱。圖中D是纖芯直徑。光強度調(diào)制器的線性度和靈敏度都很好第三頁，共十五頁，2022年，8月28日帶有遮光屏的透射式光強調(diào)制結(jié)構(gòu)采用雙透鏡系統(tǒng)使入射光纖在出射光纖上聚焦，遮光屏在垂直于兩透鏡之間的光傳播方向上下移動。這種傳感器光耦合計算方法與反射式傳感器是一樣的.在上述的簡化分析限定范圍內(nèi)，比值δ/r與可移動遮光屏及兩透鏡問半徑為r的光柱相交疊面積的百分比α。不用透鏡的兩光纖直接耦合系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)雖然簡單，但也能很好地工作。只是接收光纖端面只占發(fā)射光纖發(fā)出的光錐底面的一部分，使光耦合系數(shù)減小，靈敏度也降低一個數(shù)量級(r/dT)2。第四頁，共十五頁，2022年，8月28日遮光屏是由等寬度，交替排列著的透明區(qū)和不透明區(qū)的光柵組成，其中一支為固定光柵，另一支為可移動光柵。第五頁，共十五頁，2022年，8月28日在簡單的遮光屏透射式光強調(diào)制基礎(chǔ)上，還可以改進(jìn)以提高測量的靈敏度。利用兩個周期結(jié)構(gòu)的光柵遮光屏傳感器，通過一對光柵遮光屏的透射率，從50％(當(dāng)兩個屏完全重疊時)變到零(當(dāng)一個屏的不透明條完全覆蓋住另一個屏的透明部分)。在此周期性結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，光的輸出強度是周期性的。而且它的分辨率在光珊條紋間距的10-6數(shù)量級以內(nèi)。這是能夠構(gòu)成很靈敏、很簡單、高可靠的位移傳感器的基礎(chǔ)。第六頁，共十五頁，2022年，8月28日透射式光纖傳感器的應(yīng)用透射式光纖溫度傳感系統(tǒng)方框圖第七頁，共十五頁，2022年，8月28日透射式光纖傳感器實物圖第八頁，共十五頁，2022年，8月28日遮光式光纖溫度計當(dāng)溫度升高時，雙金屬片的變形量增大，帶動遮光板在垂直方向產(chǎn)生位移從而使輸出光強發(fā)生變化。接收光源12第九頁，共十五頁，2022年，8月28日第十頁，共十五頁，2022年，8月28日該圖為光纖溫度測量系統(tǒng)示意方框圖。它主要由光源驅(qū)動電路、發(fā)光二極管入射光纖、感溫探頭出射光纖、光電探測器及信號處理顯示系統(tǒng)構(gòu)成。驅(qū)動電路提供恒定電流使光源LED發(fā)光，從光源發(fā)出的光通過光纖分路器將一部分光經(jīng)光纖A’直接耦合到檢測器I0檢測，作為參考信號。而另一部分光耦合到光纖A傳至探頭，由于探頭對光的吸收隨溫度的變化而變化，因此從探頭透射出的光成為受溫度調(diào)制的光信號。調(diào)制光信號沿光纖輸出，經(jīng)接收光纖用檢測器I1檢測出相對應(yīng)的電信號。I1與I0

經(jīng)濾波放大后相除，這可消除光源光強的變化，此信號放大后經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換，再送入單片機(jī)進(jìn)行溫度補償和線性處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度，通過顯示器顯示輸出。第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日基于透射式強度調(diào)制的光纖溫度傳感器因其具有最著優(yōu)點，存近十年來得到了長足發(fā)展。其主要類型有如下幾種：傳統(tǒng)的雙金屬型光纖溫度傳感器(又稱為經(jīng)典型)：此種光纖溫度傳感器，是將雙金屬片一端固定，入射光纖輸出端和出射光纖接收端采用透鏡的方式，使得入射光纖輸出的光變成平行光，經(jīng)過調(diào)制的光強再用透鏡耦合到出射光纖，其工作原理是利用雙金屬片因溫度變化而彎曲，因而改變了光路遮斷程度進(jìn)行測溫。遮光板位移的程度取決于雙金屬片的變形度。第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日雙金屬片的位移量與溫度變化的關(guān)系式為：式中：K——是由雙金屬片的熱膨脹系數(shù)、彈性系數(shù)和厚度比決定的常數(shù)；h——雙金屬片的厚度(mm)；L——雙金屬片的長度(mm)；△t——溫度變化量(℃)。第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日光纖常溫傳感器：它也是以雙金屬片為溫度敏感元件，利用雙金屬片的熱膨脹性，在外界溫度發(fā)生變化時，通過雙金屬片帶動光碼盤轉(zhuǎn)動，再用光纖輸入兩束光，通過光碼盤，碼盤轉(zhuǎn)動時，出射光被調(diào)制成光脈沖輸出。由兩光脈沖的相位差則可