光纖應(yīng)變傳感器課件

第六章光纖應(yīng)變傳感器主要內(nèi)容一、光纖傳感的應(yīng)用領(lǐng)域

二、光纖傳感的分類

三、光纖傳感的研究現(xiàn)狀被測量：溫度[1]、壓力[2]、流量[3]、位移[4]、振動[5]、轉(zhuǎn)動[6]、彎曲[7]、液位[8]、速度[9]、加速度[10]、聲場[11]、電流[12]、電壓[13]、磁場[14]輻射[15等各種物理量

傳感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)農(nóng)業(yè)國防運(yùn)輸能源環(huán)境建筑業(yè)6.1傳感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域6.2傳統(tǒng)的傳感技術(shù)傳統(tǒng)的傳感器是以應(yīng)變-電量為基礎(chǔ)，以電信號為轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)妮d體，用導(dǎo)線傳輸電信號。因此，使用時受到電磁場和環(huán)境的影響，如環(huán)境濕度太大可能引起短路，特別是高溫和易燃、易爆環(huán)境中易引起火災(zāi)等等。另外，由于自身因素的限制，不能實(shí)現(xiàn)長期實(shí)時監(jiān)測。四川宜賓南門大橋斷裂成三截2001年11月07日凌晨４時３０分至５時許，四川宜賓市金沙江南門大橋兩端先后發(fā)生斷裂，兩輛汽車墜入江中，一艘小船被毀，已知２人失蹤，２人受傷。市區(qū)南北公路交通和部分通訊中斷。

6.3光纖傳感器分類與研究現(xiàn)狀分類：一、按傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類二、按被測量分類6.3.2光纖傳感器按被測量分類光纖應(yīng)變傳感器

光纖溫度傳感器光纖電壓、電流傳感器光纖流量傳感器

6.3.2光纖傳感器按應(yīng)用領(lǐng)域分類工業(yè)用光纖傳感器

農(nóng)業(yè)用光纖傳感器軍事業(yè)用光纖傳感器水利用光纖傳感器食品工業(yè)用光纖傳感器建筑工業(yè)用光纖傳感器消防用光纖傳感器醫(yī)療用光纖傳感器6.3.3光纖傳感器按結(jié)構(gòu)分類光強(qiáng)調(diào)制型光纖應(yīng)變傳感器

偏振型光纖應(yīng)變傳感器相位調(diào)制型光纖應(yīng)變傳感器

偏振型光纖應(yīng)變傳感器

圖6-5偏振光纖應(yīng)變計Fig.6-5Polarimetricopticalfiberstraingauge最大測量范圍[34]為1200με，分辨率為5με

相位調(diào)制型光纖應(yīng)變傳感器麥克爾遜(Michelson)干涉型光纖應(yīng)變傳感器馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)光纖應(yīng)變傳感器法布里-珀羅(Fabry-Perot簡寫為F-P)光纖應(yīng)變傳感器

光纖光柵傳感器常用相位調(diào)制型光纖傳感結(jié)構(gòu)a)

麥克爾遜干涉儀c)

法布里-珀羅干涉儀a)

Michelsoninterferometerc)Fabry-Perotinterferometer

b)馬赫-曾德爾干涉儀d)

塞格奈克干涉儀

b)

Mach-Zehnderinterferometerd)Sagnacinterferometer

圖6-6各種光纖干涉儀

馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)光纖應(yīng)變傳感器

6-8馬赫-曾德光纖應(yīng)變傳感原理結(jié)構(gòu)Fig.6-8TheprinciplestructureofMach-Zehnder’sstrainsensor最大測量范圍為1200με，最高分辨率為2με

法布里-珀羅光纖應(yīng)變傳感器

圖6-9F-P型光纖傳感器的原理

Fig.6-9PrincipleofF-Pfibersensor

圖6-10光纖本征F-P腔應(yīng)變傳感器

圖6-11光纖非本征F-P腔應(yīng)變傳感器Fig.6-10IntrinsicF-PcavitystrainsensorFig.6-11ExtrinsicF-Pcavitystrainsensor常用相位調(diào)制型光纖傳感結(jié)構(gòu)a)

麥克爾遜干涉儀c)

法布里-珀羅干涉儀a)

Michelsoninterferometerc)Fabry-Perotinterferometer

b)馬赫-曾德爾干涉儀d)

塞格奈克干涉儀

b)

Mach-Zehnderinterferometerd)Sagnacinterferometer

圖6-12各種光纖干涉儀

a)光纖與被測表面(b)單模與多模光纖

d)多(單)模光纖與金屬絲雙腔結(jié)構(gòu)

圖6-12常用的F－P結(jié)構(gòu)6.5光纖F-P應(yīng)變傳感器目前存在的問題系統(tǒng)線性范圍小、線性度差、分辨率低

光纖傳感器抗震動能力差

制造工藝不完善、沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化、標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)線性范圍小、分辨率低圖6-13F-P干涉動態(tài)工作特性Fig.6-13dynamicpropertiesofF-Pinterference制造工藝不完善、沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化、標(biāo)準(zhǔn)化

a)光纖與被測表面b)單模與多模光纖a)Opticalfiberandmeasuredobjectb)Singlemodeandmultimodeopticalfiberc)多模與多模光纖d)多(單)模光纖與金屬絲c)Multimodeandmultimode