光纖傳感器的應(yīng)用課件VIP

光纖傳感器的應(yīng)用典型應(yīng)用：機(jī)敏材料和機(jī)敏結(jié)構(gòu)在線檢測(cè)建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力變化。如：橋梁、水壩、核電站、高層建筑、高速公路等。

一、埋入式光纖傳感器干涉型：靈敏度高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。偏振光型：靈敏度低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。干涉型：相位調(diào)制原理見(jiàn)第二節(jié)由4-46式，只考慮受力長(zhǎng)度變化：

△φ≈β△L=2πnLε/λ(4-50)測(cè)量臂與參考臂之差L—標(biāo)距。測(cè)量臂與參考臂之間的相位差反應(yīng)受力變化。偏振光型傳感器：光源S1L1平行光P1平行偏振光O1PIN1PIN2檢偏P2平行偏振光O2若偏振光偏轉(zhuǎn)了θ角，則射到PIN2的光強(qiáng)為：

I2=I1cosθ(4-51)上折射率光纖受應(yīng)力ε時(shí)，偏振光相位的變化：

△φ=L△β+β△L

（4-52）光纖彈性模量E1,主體彈性模量E2，則光纖所測(cè)應(yīng)力ε1與主體材料實(shí)際內(nèi)應(yīng)力ε0的關(guān)系：

ε0=ε12E1/(E1+E2)(4-53)二、傳感器的安裝根據(jù)主體材料的不同，選擇安裝方式。對(duì)鋼筋混凝土主體材料，主要有兩種典型的埋入方法。1）金屬導(dǎo)管安裝法2)預(yù)制件安裝法置入2組光纖.無(wú)外部力作用時(shí),光纖輸出的光強(qiáng)度為I0;當(dāng)構(gòu)件受到應(yīng)力F時(shí)，光纖輸出的光強(qiáng)度為I，則光纖傳感器輸出值相對(duì)變化為：

σ=[（I0-I)/I0]X100%=(△I/I0)00%(4-54)

圓梁和彎曲梁中的光纖可以測(cè)得各方向的壓力和拉力，見(jiàn)圖4-25。三、力學(xué)特性對(duì)測(cè)量的影響要保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)考慮埋入混凝土的光纖傳感器與主體（混凝體）的如下力學(xué)特性：1.彈性模量不一致.2.泊松比不一致.3.線膨脹系數(shù)不一致.結(jié)論:作為新技術(shù)的光纖傳感器,性能卓越,應(yīng)用前景光明.作業(yè):1.光纖傳感器的類(lèi)型、特點(diǎn)及調(diào)制方法。

2.分析說(shuō)明圖4-10的溫度傳感器各部分原理.3.簡(jiǎn)述光纖傳感器在混凝土主體測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用.第五章集成傳感器將敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路等制作在同一芯片上，使傳感器具有很高的性能。如：集成壓敏、溫敏和磁敏傳感器。第一節(jié)集成壓敏傳感器兩類(lèi)：1）硅電容式

2）擴(kuò)散硅式一、硅電容式集成傳感器由硅壓力敏感電容器、轉(zhuǎn)換電路和輔助電路構(gòu)成。1.硅敏感電容器壓敏電容器,電容量與極板距離和面積有關(guān).兩種極板結(jié)構(gòu):敏感電容Cx；補(bǔ)償電容C0(溫度影響）圓形膜和環(huán)形膜的電容值Cx和C0分別由書(shū)中式（5-1）、（5-2）、(5-3)和（5-4）計(jì)算。由于受壓力電容值變化很小（0.1~10pF),對(duì)測(cè)量電路的要求高（靈敏度、溫漂）。2.測(cè)量電路電容變化→電信號(hào)1)交流信號(hào)激勵(lì)→整流→電壓變化.2)作振蕩電容器→頻率變化.交流信號(hào)激勵(lì):Up通過(guò)耦合電容Cc為電路供電（方波、正弦波等）正半周:電荷從B→VD2→Cx充電；從A→VD3→C0充電;負(fù)半周:放電Cx→VD1→A;C0→VD4→B

無(wú)外力作用，Cx=C0,電荷轉(zhuǎn)移量相等。有外力作用，Cx﹥C0，從B轉(zhuǎn)移A的電荷大于從A轉(zhuǎn)移B的電荷,導(dǎo)致A電位高于B電位，減少了從B轉(zhuǎn)移A的電荷，增加了從A轉(zhuǎn)移B的電荷，最終達(dá)到平衡。平衡后，A、B點(diǎn)電位差=Uo，UA=0.5Uo;UB=-0.5Uo.

△QBA=(Up-0.5U0-Ua)Cx(5-5)△Qab=(Up+0.5U0-Ua)C0(5-6)設(shè)C,D點(diǎn)寄生電容Cp

2(Up-Ua)(Cx-C0)Uo=--------------------------(5-7)Cx+C0+2Cp設(shè)Up=2V,Ua=0.6V,Cp=2pF,C0=1.7pF,一個(gè)大氣壓（1.33X10-3Pa)下，Cx=2.1pF,則U0=144mV.該傳感器性能較好，但由于二極管正相壓降，導(dǎo)致降低靈敏度，對(duì)激勵(lì)信號(hào)幅值要求也高。3.CP8型集成壓敏傳感器改進(jìn)型，增加MOS管控制整流；前后極增加放大電路部分，提高性能，見(jiàn)下圖。二、擴(kuò)散硅壓敏傳感器將補(bǔ)償電路和硅壓敏元件構(gòu)成的全橋電路集成到一起，使之體積小、成本低，尤其溫度補(bǔ)償效果好。Uce=Ube(R5+R6)/R6

（5-9）UB=Uc-Uce（5-10）溫度↑，Ube↓,Uce↓UB↑,補(bǔ)償壓阻靈敏度的降低若R1=R3=R0+KPR0;R2=R4=R0-KPR0,則

Uo=UBKP(5-11)

則Uo與外加壓力P呈線性關(guān)系；其靈敏度由壓敏電阻的