傳感器原理與應(yīng)用 第九章9-3

例9-7球面光纖液位傳感器圖9-19球面光纖液位傳感器(a)探頭結(jié)構(gòu)將光纖用高溫火焰燒軟后對(duì)折，并將端部燒結(jié)成球形。LEDPD12光由光纖的一端導(dǎo)入,在球狀對(duì)折端部一部分光透射出去,另一部分光反射回來,由光纖的另一端導(dǎo)向探測(cè)器。反射光強(qiáng)的大小取決于被測(cè)介質(zhì)的折射率。被測(cè)介質(zhì)的折射率與光纖折射率越接近，反射光強(qiáng)度越小。顯然，傳感器處于空氣中時(shí)比處于液體中時(shí)的反射光強(qiáng)要大。(b))檢測(cè)原理空氣液體例9-8斜端面光纖液位傳感器圖9-20斜面反射式光纖液位傳感器光纖(a)(b)光纖棱鏡當(dāng)傳感器接觸液面時(shí)，將引起反射回另一根光纖的光強(qiáng)減小。例9-9單光纖液位傳感器圖9-21單光纖液位傳感器結(jié)構(gòu)1光纖；2耦合器12當(dāng)光纖處于空氣中時(shí)，入射光的大部分能在端部滿足全反射條件而返回光纖。當(dāng)傳感器接觸液體時(shí)，由于液體的折射率比空氣大，使一部分光不能滿足全反射條件而折射入液體中，返回光纖的光強(qiáng)就減小。利用X形耦合器即可構(gòu)成具有兩個(gè)探頭的液位報(bào)警傳感器。若在不同的高度安裝多個(gè)探頭，則能連續(xù)監(jiān)視液位的變化。為了防止當(dāng)探頭離開液體時(shí)，由于有液滴附著在探頭上，傳感器不能立即響應(yīng)，可作一些改變。將光纖端部的尖頂略微磨平，并鍍上反射膜。這樣，即使有液體附著在頂部，也不影響輸出跳變。另外可在頂部鍍的反射膜外粘上一突出物，將附著的液體導(dǎo)引向突出物的下端。可保證探頭在離開液位時(shí)也能快速地響應(yīng)。例9-10光纖渦街流量計(jì)圖9-23光纖渦街流量計(jì)光源探測(cè)器光纖夾密封膠液體流管光纖張緊重物頻譜分析記錄當(dāng)流體受到一個(gè)垂直于流動(dòng)方向的非流線體阻礙時(shí)，在某些條件下會(huì)在流體的下游兩側(cè)產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦。這種旋渦將會(huì)在該非流線體的兩邊交替地離開。當(dāng)每個(gè)旋渦產(chǎn)生并瀉下時(shí)，會(huì)在物體壁上產(chǎn)生一側(cè)向力。周期產(chǎn)生的旋渦將使物體受到一個(gè)周期的壓力。若物體具有彈性，便會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)頻率近似地與流速成正比。因此，通過檢測(cè)物體的振動(dòng)頻率便可測(cè)出流體的流速，由上式可知，流體的流速與渦流頻率呈線性關(guān)系。光纖渦街流量計(jì)便是根據(jù)這個(gè)原理制成的，在橫貫流體管道的中間裝有一根繃緊的多模光纖，當(dāng)液體或氣體流經(jīng)與其垂直的光纖時(shí),光纖受到流體渦流的作用而振動(dòng),其振動(dòng)頻率近似與流速成正比。例9-11光纖多普勒流速計(jì)由激光光源(氫-氦激光)發(fā)出的光(頻率為fi)導(dǎo)入光導(dǎo)纖維，經(jīng)過分光鏡后，光線通過光纖射向振動(dòng)物體，由于振動(dòng)物體(被測(cè)體)振動(dòng)，產(chǎn)生散射(頻率為fs)，被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度與多普勒頻率之間的關(guān)系為式中fi為入射光頻率，fs為散射光頻率；

n為發(fā)生散射介質(zhì)的折射率；

λ為入射光在空氣中的波