強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器

1、 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.3 透射式強(qiáng)度調(diào)制 調(diào)制原理：調(diào)制原理：遮光遮光 調(diào)制方法調(diào)制方法 光強(qiáng)調(diào)制特性曲線光強(qiáng)調(diào)制特性曲線 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.3 透射式強(qiáng)度調(diào)制 通常發(fā)送光纖不動(dòng)，通常發(fā)送光纖不動(dòng)， 而而接收光纖接收光纖可以作可以作橫向橫向 位移、縱向位移或轉(zhuǎn)動(dòng)位移、縱向位移或轉(zhuǎn)動(dòng), , 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射光纖與接受對(duì)發(fā)射光纖與接受 光纖之間光纖之間偶和效率的調(diào)偶和效率的調(diào) 制制，改變光電探測(cè)器所，改變光電探測(cè)器所 接受的光強(qiáng)度，從而實(shí)接受的光強(qiáng)度，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)位移現(xiàn)對(duì)位移( (或角位移或角位移) )、 壓力、振動(dòng)、溫度等物壓力、振動(dòng)、溫度等物 理量的測(cè)量。理量的測(cè)量。

2、第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.3 透射式強(qiáng)度調(diào)制 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 不足：不足：靈敏度低、動(dòng)態(tài)范圍小靈敏度低、動(dòng)態(tài)范圍小 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 在發(fā)送光纖和接收光纖之間加入一定形式的受待在發(fā)送光纖和接收光纖之間加入一定形式的受待 測(cè)量控制的可動(dòng)光閘，對(duì)進(jìn)入接收光纖的光束產(chǎn)測(cè)量控制的可動(dòng)光閘，對(duì)進(jìn)入接收光纖的光束產(chǎn) 生一定程度的遮擋，產(chǎn)生光強(qiáng)度調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生一定程度的遮擋，產(chǎn)生光強(qiáng)度調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 測(cè)量。測(cè)量。 n組成組成 n光閘形式光閘形式 n調(diào)制原理調(diào)制原理 發(fā)射光纖、受待測(cè)量控制的可動(dòng)光閘和接收光纖發(fā)射光纖、受待測(cè)量

3、控制的可動(dòng)光閘和接收光纖 固體材料、液體、遮光片、光柵、碼盤、待測(cè)固體材料、液體、遮光片、光柵、碼盤、待測(cè) 物體本身等。物體本身等。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 a. 帶透鏡結(jié)構(gòu)帶透鏡結(jié)構(gòu) b. 不帶透鏡結(jié)構(gòu)不帶透鏡結(jié)構(gòu) 不用透鏡的兩光不用透鏡的兩光 纖直接耦合系統(tǒng)，結(jié)纖直接耦合系統(tǒng)，結(jié) 構(gòu)雖然簡(jiǎn)單。只是接構(gòu)雖然簡(jiǎn)單。只是接 收光纖端面只占發(fā)射收光纖端面只占發(fā)射 光纖發(fā)出的光錐底面光纖發(fā)出的光錐底面 的一部分，使光耦合的一部分，使光耦合 系數(shù)減小，靈敏度也系數(shù)減小

4、，靈敏度也 降低一個(gè)數(shù)量級(jí)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 遮光屏是由等寬度、交替排列的透明區(qū)和非透明區(qū)遮光屏是由等寬度、交替排列的透明區(qū)和非透明區(qū) 的光柵組成，其中一支為固定光柵，另一支為可移的光柵組成，其中一支為固定光柵，另一支為可移 動(dòng)光柵。在此遮光屏的空間周期內(nèi)，光的透過率，動(dòng)光柵。在此遮光屏的空間周期內(nèi)，光的透過率， 從從50(兩屏完全重疊兩屏完全重疊)變到零變到零(兩屏完全交疊兩屏完全交疊)。 光柵遮光屏透射式強(qiáng)度調(diào)制原理光柵遮光屏透射式強(qiáng)度調(diào)制原理 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型

5、光纖傳感器 在此周期性結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，光的輸出強(qiáng)度在此周期性結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，光的輸出強(qiáng)度 是周期性的。而且它的分辨率在光珊條紋間是周期性的。而且它的分辨率在光珊條紋間 距的距的10-6數(shù)量級(jí)以內(nèi)，是構(gòu)成高靈敏度、簡(jiǎn)單、數(shù)量級(jí)以內(nèi)，是構(gòu)成高靈敏度、簡(jiǎn)單、 可靠的位移傳感器的基礎(chǔ)?？煽康奈灰苽鞲衅鞯幕A(chǔ)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 22 0 2 ( , )exp/( ) ( ) P I r zrz z 入射光入射光 ( )1() E E z zrtan(arcsinNA) r 2 222 0 2 ( , ,)exp()/() () R ood d Pr

6、 P x y dxydz z 接收光接收光 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 接收光纖接收端面相對(duì)于照明光纖出射端面接收光纖接收端面相對(duì)于照明光纖出射端面存在偏移量存在偏移量 時(shí)時(shí)，傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲線相對(duì)于沒有偏移量時(shí)的特，傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲線相對(duì)于沒有偏移量時(shí)的特 性性曲線曲線在在形狀形狀上上并沒有改變并沒有改變，只是，只是產(chǎn)生產(chǎn)生一定的一定的相移相移。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 接收光纖接收光纖1 2 222 0 1 2 ( , ,)exp()/() () R ood d Pr PP

7、x ydxydz z 接收光纖接收光纖2 2 222 0 2 2 ( , ,)exp()/() () R ood d Pr PP x ydxydz z 差動(dòng)輸出差動(dòng)輸出 12D PPP 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 靈敏度提高靈敏度提高108% 108% 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 采用差動(dòng)方式處理接收光強(qiáng)信號(hào)，可達(dá)到提高系統(tǒng)靈敏度、采用差動(dòng)方式處理接收光強(qiáng)信號(hào)，可達(dá)到提高系統(tǒng)靈敏度、 抑制光源等光強(qiáng)波動(dòng)以及探測(cè)器

8、和后續(xù)電路產(chǎn)生的電子噪抑制光源等光強(qiáng)波動(dòng)以及探測(cè)器和后續(xù)電路產(chǎn)生的電子噪 聲影響的目的聲影響的目的 利用響應(yīng)誤差信號(hào)的雙極性特點(diǎn)可準(zhǔn)確判斷角位移方向，并利用響應(yīng)誤差信號(hào)的雙極性特點(diǎn)可準(zhǔn)確判斷角位移方向，并 通過響應(yīng)誤差信號(hào)的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)角位移的直接測(cè)量；通過響應(yīng)誤差信號(hào)的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)角位移的直接測(cè)量； 利用響應(yīng)誤差信號(hào)的過零點(diǎn)作為絕對(duì)零點(diǎn)觸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)微利用響應(yīng)誤差信號(hào)的過零點(diǎn)作為絕對(duì)零點(diǎn)觸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)微 和絕對(duì)跟蹤能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待測(cè)物的自動(dòng)調(diào)整。和絕對(duì)跟蹤能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待測(cè)物的自動(dòng)調(diào)整。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳

9、感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 Integrating 油庫、機(jī)庫、動(dòng)力室等大量使用的汽油等石油產(chǎn)品極油庫、機(jī)庫、動(dòng)力室等大量使用的汽油等石油產(chǎn)品極 易揮發(fā)甲烷等氣體。易揮發(fā)甲烷等氣體。 瓦斯爆炸是影響煤礦安全重大威脅之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我瓦斯爆炸是影響煤礦安全重大威脅之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我 國煤礦爆炸事故近國煤礦爆炸事故近80%是由瓦斯氣體爆炸引起的。是由瓦斯氣體爆炸引起的。瓦瓦 斯的主要成分是甲烷斯的主要成分是甲烷，約占

10、瓦斯氣體的，約占瓦斯氣體的83%89%。 當(dāng)空氣中的甲烷濃度約為5.3%5.3%到15%15%時(shí)，遇火源就會(huì)爆炸；在無火源 情況下，當(dāng)空氣中的甲烷濃度達(dá)到50%50%，能使人因缺氧而窒息死亡。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 Integrating 甲烷與燃燒和推進(jìn)聯(lián)系非常緊密，其濃度測(cè)量直接與甲烷與燃燒和推進(jìn)聯(lián)系非常緊密，其濃度測(cè)量直接與 對(duì)燃燒效率以及推進(jìn)過程的分析有關(guān)。對(duì)燃燒效率以及推進(jìn)過程的分析有關(guān)。 甲烷被認(rèn)為是溫室效應(yīng)最主要的氣體之一，其吸收紅甲烷被認(rèn)為是溫室效應(yīng)最主要的氣體之一，其吸收紅 外線能力是二氧化碳的外線能力是二氧化碳的15

11、-3015-30倍，占據(jù)整個(gè)溫室氣體倍，占據(jù)整個(gè)溫室氣體 貢獻(xiàn)量的貢獻(xiàn)量的15%15%，直接關(guān)系到人類健康生活直接關(guān)系到人類健康生活。 為了預(yù)防與控制事故的發(fā)生，最大限度地減少人員傷亡，提高監(jiān)控能為了預(yù)防與控制事故的發(fā)生，最大限度地減少人員傷亡，提高監(jiān)控能 力，研究實(shí)時(shí)在線高靈敏甲烷濃度的監(jiān)測(cè)儀是十分必要的。力，研究實(shí)時(shí)在線高靈敏甲烷濃度的監(jiān)測(cè)儀是十分必要的。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：Lambert-Beer（郎伯（郎伯-比爾比爾 ）定律）定律 式中，式中，I為光強(qiáng)，為光強(qiáng)， 為摩爾分子吸收系數(shù)，為摩爾分子吸收系數(shù)，C

12、為氣體濃度，為氣體濃度， L光和氣體的作用長(zhǎng)度。光和氣體的作用長(zhǎng)度。 0 expIILC 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 顯示與報(bào)警顯示與報(bào)警 可調(diào)諧激光吸收光譜的光纖氣體監(jiān)測(cè)儀原理可調(diào)諧激光吸收光譜的光纖氣體監(jiān)測(cè)儀原理 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 1 惡劣環(huán)境適應(yīng)能惡劣環(huán)境適應(yīng)能 力強(qiáng)，可克服背力強(qiáng)，可克服背 景氣體、粉塵等景氣體、粉塵等 吸收干擾，測(cè)量吸收干擾，測(cè)量 分辨力與精度高；分辨力與精度高； 2 不需采樣預(yù)處理不需采樣預(yù)處理 系統(tǒng)，節(jié)省了樣系統(tǒng)，節(jié)省了樣 氣預(yù)處理的時(shí)間氣預(yù)處理的時(shí)間

13、 和樣氣在管道內(nèi)和樣氣在管道內(nèi) 的傳輸時(shí)間，響的傳輸時(shí)間，響 應(yīng)速度快，可實(shí)應(yīng)速度快，可實(shí) 現(xiàn)工業(yè)過程實(shí)時(shí)現(xiàn)工業(yè)過程實(shí)時(shí) 在線管理；在線管理； 3 利用光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)利用光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程在線高靈敏監(jiān)程在線高靈敏監(jiān) 測(cè)，本質(zhì)安全，測(cè)，本質(zhì)安全， 能耗低，抗電磁能耗低，抗電磁 干擾，便于復(fù)用干擾，便于復(fù)用 成網(wǎng)，并可與已成網(wǎng)，并可與已 有監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。有監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 工業(yè)過程氣體分析儀器應(yīng)用領(lǐng)域及工業(yè)過程氣體分析儀器應(yīng)用領(lǐng)域及2010 年需求量年需求量 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光

14、纖傳感器 接收接收光源光源 遮遮 光光 板板 雙金雙金 屬片屬片 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 移動(dòng)球鏡光學(xué)開關(guān)傳感器移動(dòng)球鏡光學(xué)開關(guān)傳感器 光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0的光束的光束,通過發(fā)送光纖通過發(fā)送光纖 照射到球鏡上。球透鏡把光束照射到球鏡上。球透鏡把光束 聚集列兩個(gè)接收光纖的端面上。聚集列兩個(gè)接收光纖的端面上。 當(dāng)球透鏡在平衡位置時(shí)，從兩當(dāng)球透鏡在平衡位置時(shí)，從兩 個(gè)接收光纖得到的光強(qiáng)個(gè)接收光纖得到的光強(qiáng)I1和和I2 是相同的；是相同的； 如果球透鏡在垂直于光路的方如果球透鏡在垂直于光路的方 向上產(chǎn)生微小位移時(shí)，在兩個(gè)向上產(chǎn)生微小位移時(shí)，在兩個(gè) 接

15、收光纖上得到的光強(qiáng)接收光纖上得到的光強(qiáng)I1和和I2 將發(fā)生變化。光強(qiáng)比值將發(fā)生變化。光強(qiáng)比值I1/I2 的的 對(duì)數(shù)值與球透鏡位移對(duì)數(shù)值與球透鏡位移x呈線性呈線性 關(guān)系，但與初始光強(qiáng)無關(guān)。關(guān)系，但與初始光強(qiáng)無關(guān)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 遮斷型遮斷型 被記數(shù)工件隨傳送帶被記數(shù)工件隨傳送帶 移動(dòng)，一個(gè)工件從光移動(dòng)，一個(gè)工件從光 纖斷開處通過時(shí)，擋纖斷開處通過時(shí)，擋 光一次，在光纖輸出光一次，在光纖輸出 端得到一個(gè)光脈沖，端得到一個(gè)光脈沖， 用記數(shù)電路和顯示裝用記數(shù)電路和顯示裝 肖將通過光纖的工件肖將通過光纖的工件 數(shù)顯示出來。數(shù)顯示出來。 第

16、四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 采 用 遮采 用 遮 斷型光纖光斷型光纖光 電開關(guān)對(duì)電開關(guān)對(duì)IC 芯片引腳進(jìn)芯片引腳進(jìn) 行檢測(cè)行檢測(cè) 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬盤轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬盤 上穿有透光孔。上穿有透光孔。 當(dāng)孔與光纖對(duì)當(dāng)孔與光纖對(duì) 齊時(shí)，在光纖齊時(shí)，

17、在光纖 輸出端就有光輸出端就有光 脈沖輸出，這脈沖輸出，這 是通過孔位的是通過孔位的 變化對(duì)光強(qiáng)進(jìn)變化對(duì)光強(qiáng)進(jìn) 行調(diào)制。行調(diào)制。 編碼盤裝置編碼盤裝置 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 利用水銀柱升降溫度的光纖溫度開關(guān)?？捎糜诶盟y柱升降溫度的光纖溫度開關(guān)?？捎糜?對(duì)設(shè)定溫度的控制，溫度設(shè)定值靈活可變。對(duì)設(shè)定溫度的控制，溫度設(shè)定值靈活可變。 浸液浸液 自聚自聚 透鏡透鏡 光纖光纖 水銀水銀 水銀式光纖溫度開關(guān)水銀式光纖溫度開關(guān) 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制 透射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制 光模式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制

18、光吸收系數(shù)強(qiáng)度光吸收系數(shù)強(qiáng)度 調(diào)制等調(diào)制等 內(nèi)調(diào)型內(nèi)調(diào)型 外調(diào)型外調(diào)型 （傳光型或非功能型）（傳光型或非功能型） （傳感型或功能型）（傳感型或功能型） 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 傳感頭傳感頭：多模光纖：多模光纖 u透射式透射式 振動(dòng)振動(dòng) 、位移等、位移等 u反射式反射式 機(jī)機(jī) 理：理：芯模芯模 類類 型：型： 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 傳感頭傳感頭：多模光纖：多模光纖 機(jī)理：機(jī)理：芯模芯模 包層模包層模 類型類型：光模式強(qiáng)度調(diào)制：光模式強(qiáng)度調(diào)制 u最小可測(cè)位移：最小可測(cè)位移：0.01nm

19、0.01nm；動(dòng)態(tài)范圍：；動(dòng)態(tài)范圍：110dB110dB u可測(cè)壓力、水聲等可測(cè)壓力、水聲等 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 機(jī)械一光學(xué)轉(zhuǎn)換效應(yīng)使得所需部件少，設(shè)備簡(jiǎn)單，造機(jī)械一光學(xué)轉(zhuǎn)換效應(yīng)使得所需部件少，設(shè)備簡(jiǎn)單，造 價(jià)低，便于分

20、布式沿線測(cè)量；價(jià)低，便于分布式沿線測(cè)量； 容易機(jī)械裝配，不需要將光纖連接到其它部件中，從容易機(jī)械裝配，不需要將光纖連接到其它部件中，從 而避免了差熱膨脹問題；而避免了差熱膨脹問題； 具有較高的可靠性和安全性；具有較高的可靠性和安全性； 由于光纖的光路是完全封閉的，更適合在高溫高壓、由于光纖的光路是完全封閉的，更適合在高溫高壓、 易燃易爆、腐蝕性介質(zhì)等惡劣環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。易燃易爆、腐蝕性介質(zhì)等惡劣環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。 光模式強(qiáng)度調(diào)制的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：光模式強(qiáng)度調(diào)制的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)： 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：多模光纖被繞制于開有縱向槽且?guī)в新菁y的

21、多模光纖被繞制于開有縱向槽且?guī)в新菁y的 鋁管螺紋內(nèi)鋁管螺紋內(nèi) 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 在工程結(jié)構(gòu)或部件的制造過程中，在其內(nèi)部關(guān)在工程結(jié)構(gòu)或部件的制造過程中，在其內(nèi)部關(guān) 鍵部位埋人光纖陣列，對(duì)材料及結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)鍵部位埋人光纖陣列，對(duì)材料及結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng) 變等物理狀態(tài)及由于外力、疲勞等產(chǎn)生的變形、裂變等物理狀態(tài)及由于外力、疲勞等產(chǎn)生的變形、裂 紋、蠕變、層解等進(jìn)行實(shí)行監(jiān)測(cè)。紋、蠕變、層解等進(jìn)行實(shí)行監(jiān)測(cè)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四

22、章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 當(dāng)腐蝕傳感器處于腐蝕介質(zhì)中時(shí)，腐蝕當(dāng)腐蝕傳感器處于腐蝕介質(zhì)中時(shí)，腐蝕“保險(xiǎn)保險(xiǎn) 絲絲”會(huì)生銹變細(xì)而斷裂，此時(shí)彎曲光纖的曲率將變會(huì)生銹變細(xì)而斷裂，此時(shí)彎曲光纖的曲率將變 小甚至為零，通過光纖的光能量會(huì)迅速增加。小甚至為零，通過光纖的光能量會(huì)迅速增加。 基本原理基本原理: : 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.4 光模式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)

23、度調(diào)制型光纖傳感器 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制 透射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制 光模式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制 光吸收系數(shù)強(qiáng)度光吸收系數(shù)強(qiáng)度 調(diào)制等調(diào)制等 內(nèi)調(diào)型內(nèi)調(diào)型 外調(diào)型外調(diào)型 （傳光型或非功能型）（傳光型或非功能型） （傳感型或功能型）（傳感型或功能型） 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制 物理量引起光纖折射率的變化實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制的方式物理量引起光纖折射率的變化實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制的方式 分類：分類： p利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變化的強(qiáng)利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變化的強(qiáng) 度調(diào)制；度調(diào)制； p利用光纖折射率

24、的變化引起漸逝波耦合度變化的利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度變化的 強(qiáng)度調(diào)制；強(qiáng)度調(diào)制； p利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改 變的透射光強(qiáng)調(diào)制；變的透射光強(qiáng)調(diào)制； 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制 p利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變 化的強(qiáng)度調(diào)制；化的強(qiáng)度調(diào)制； p利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度 變化的強(qiáng)度調(diào)制；變化的強(qiáng)度調(diào)制； p利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射 系數(shù)改

25、變的透射光強(qiáng)調(diào)制；系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制； 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 p 傳輸波損耗變化型傳輸波損耗變化型 一般光纖的纖芯和包層的折射率溫度系數(shù)一般光纖的纖芯和包層的折射率溫度系數(shù) 不同。在溫度恒定時(shí)，包層折射率不同。在溫度恒定時(shí)，包層折射率n2與纖芯折與纖芯折 射率射率n1之間的差值是恒定的。當(dāng)溫度變化時(shí)，之間的差值是恒定的。當(dāng)溫度變化時(shí)， n2 、 n1之間的差發(fā)生變化，從而改變傳輸損之間的差發(fā)生變化，從而改變傳輸損 耗。因此，以某一溫度時(shí)接收到的光強(qiáng)為基耗。因此，以某一溫度時(shí)接收到的光強(qiáng)為基 準(zhǔn)準(zhǔn),根據(jù)傳輸功率的變化可確定溫度的變化。根據(jù)傳輸功率的變化可確定溫度

26、的變化。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 p 傳輸波損耗變化型傳輸波損耗變化型 當(dāng)當(dāng)Tn2，光在光纖中傳輸；，光在光纖中傳輸； 當(dāng)當(dāng)TT1時(shí)，時(shí)，n1n2，光傳輸條件被破壞，不能發(fā)生，光傳輸條件被破壞，不能發(fā)生 全反射，損耗增大，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；全反射，損耗增大，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)； 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 p 傳輸波損耗變化型傳輸波損耗變化型 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 電絕緣性好、防爆性強(qiáng)、抗電磁干擾等。電絕緣性好、防爆性強(qiáng)、抗電磁干擾等。 應(yīng)用：應(yīng)用： 大型電機(jī)、液化天然氣及火警等報(bào)警系統(tǒng)。大型電機(jī)、液化天然氣及火警等報(bào)警系統(tǒng)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.

27、5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制 p利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變 化的強(qiáng)度調(diào)制；化的強(qiáng)度調(diào)制； p利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度 變化的強(qiáng)度調(diào)制；變化的強(qiáng)度調(diào)制； p利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射 系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制；系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制； 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 p 漸逝波耦合度變化型漸逝波耦合度變化型 若使?jié)u逝場(chǎng)能以較大的振幅穿過光疏媒質(zhì)，并若使?jié)u逝場(chǎng)能以較大的振幅穿過光疏媒質(zhì)，并 伸展到附近的折射率高的光密媒質(zhì)材

28、料中，能量就伸展到附近的折射率高的光密媒質(zhì)材料中，能量就 能穿過間隙，使反射光減弱，這一過程稱為能穿過間隙，使反射光減弱，這一過程稱為受抑全受抑全 反射反射。 當(dāng)光在纖芯和包層分界面處發(fā)生全反射時(shí)，在當(dāng)光在纖芯和包層分界面處發(fā)生全反射時(shí)，在 光疏介質(zhì)中仍存在光疏介質(zhì)中仍存在電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)，其，其強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律迅速強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律迅速 衰減衰減，透射深度透射深度一般約為一般約為幾個(gè)波長(zhǎng)幾個(gè)波長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為 漸逝場(chǎng)漸逝場(chǎng)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 p 漸逝波耦合度變化型漸逝波耦合度變化型 原理：原理：利用受抑全反射原理，當(dāng)包層完全或部分去掉利用受抑全反射原理

29、，當(dāng)包層完全或部分去掉 的兩根單?；蚨嗄９饫w相互靠近一定距離時(shí)，光將能的兩根單?；蚨嗄９饫w相互靠近一定距離時(shí)，光將能 從一根光纖耦合進(jìn)另一根光纖中去，構(gòu)成漸逝波耦合從一根光纖耦合進(jìn)另一根光纖中去，構(gòu)成漸逝波耦合 度光纖傳感器。度光纖傳感器。 應(yīng)用：應(yīng)用：水聽器、光掃描隧道顯微鏡水聽器、光掃描隧道顯微鏡 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制 p利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變 化的強(qiáng)度調(diào)制；化的強(qiáng)度調(diào)制； p利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度 變化的強(qiáng)度調(diào)制；變化的強(qiáng)度調(diào)制；

30、 p利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射 系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制；系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制； 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 p 光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變型光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變型 原理：利用光纖（或其他光學(xué)元件如棱鏡）原理：利用光纖（或其他光學(xué)元件如棱鏡） 的反射端面的反射系數(shù)隨被測(cè)參數(shù)變化而的反射端面的反射系數(shù)隨被測(cè)參數(shù)變化而 達(dá)到調(diào)制光強(qiáng)的目的。達(dá)到調(diào)制光強(qiáng)的目的。 光源光源 探測(cè)器探測(cè)器信號(hào)處理信號(hào)處理 調(diào)制器調(diào)制器 臨界角強(qiáng)度調(diào)制臨界角強(qiáng)度調(diào)制 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 全反射面全反射面 1 n 2 n 3 n

31、 臨界角強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器臨界角強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 調(diào)制機(jī)理：調(diào)制機(jī)理： 由光纖左端入射的光，一部分沿光路返回，由分束由光纖左端入射的光，一部分沿光路返回，由分束 器偏轉(zhuǎn)到到光電探測(cè)器器偏轉(zhuǎn)到到光電探測(cè)器; 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率強(qiáng)度調(diào)制 光纖右端有兩個(gè)相互搭接的反射面，其中底面為全光纖右端有兩個(gè)相互搭接的反射面，其中底面為全 反射面（鍍膜而成），斜面反射面與折射率為反射面（鍍膜而成），斜面反射面與折射率為n3的的 介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)斜面反射鏡的角度使纖芯光經(jīng)反射介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)斜面反射鏡的角度使纖芯光經(jīng)反射 后能垂直入射到全反射面上，則纖芯光入射到斜反后能垂直入射到全反射面

32、上，則纖芯光入射到斜反 射面時(shí)能夠部分地透射到的介質(zhì)中去射面時(shí)能夠部分地透射到的介質(zhì)中去; 光波在入射平面上的光強(qiáng)分配由光波在入射平面上的光強(qiáng)分配由 菲涅爾公式描述菲涅爾公式描述 2 1 222 1 22 2 cossin cos(sin) n R n 2 1 2222 1 222 2 cossin cos(sin) nn R nn 式中，式中，R 為平行偏振方向的強(qiáng)度反射系數(shù)， 為平行偏振方向的強(qiáng)度反射系數(shù)，R 為垂 為垂 直偏振方向的強(qiáng)度反射系數(shù)；直偏振方向的強(qiáng)度反射系數(shù)；n=n3n1 ，為入射光為入射光 波在界面上的入射角。波在界面上的入射角。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.5 折射率

33、強(qiáng)度調(diào)制 當(dāng)光波以大于臨界角當(dāng)光波以大于臨界角 的角入射到的角入射到n1、n3介質(zhì)的界面上時(shí)，光全部介質(zhì)的界面上時(shí)，光全部 被反射回探測(cè)器；被反射回探測(cè)器； 若若n3介質(zhì)由于壓力或溫度的變化引起介質(zhì)由于壓力或溫度的變化引起n3微小微小 變化，則會(huì)導(dǎo)致反射系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致變化，則會(huì)導(dǎo)致反射系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致 反射光強(qiáng)的改變。反射光強(qiáng)的改變。 31 arcsinarcsin c nnn 應(yīng)用應(yīng)用：溫度或壓力傳感器。：溫度或壓力傳感器。 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制 透射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制 光模式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制 折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制 光吸收系數(shù)強(qiáng)度光吸收系數(shù)強(qiáng)度 調(diào)制調(diào)制

34、等等 內(nèi)調(diào)型內(nèi)調(diào)型 外調(diào)型外調(diào)型 （傳光型或非功能型）（傳光型或非功能型） （傳感型或功能型）（傳感型或功能型） 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.6 光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制 n 利用光纖的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制利用光纖的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制 原理：原理：輻射引起光纖吸收損耗增加，輸出功率下降輻射引起光纖吸收損耗增加，輸出功率下降 敏感源：敏感源：x 射線射線 、 射線射線 、 中子射線中子射線 特點(diǎn)：特點(diǎn)：靈敏度高靈敏度高 、 線性范圍大、有線性范圍大、有 記憶記憶 性性 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.6 光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制 n 利用光纖的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制利用光纖的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制 應(yīng)用：

35、應(yīng)用： 改變光纖材料成分可對(duì)不同的射線進(jìn)行測(cè)量。改變光纖材料成分可對(duì)不同的射線進(jìn)行測(cè)量。 例如鉛玻璃光纖對(duì)例如鉛玻璃光纖對(duì)X、射線和中子射線特別靈敏，射線和中子射線特別靈敏， 并且這種材料的光纖在小劑量射線照射時(shí)，具有并且這種材料的光纖在小劑量射線照射時(shí)，具有 較好的線性，可以測(cè)量射線的輻射劑量。較好的線性，可以測(cè)量射線的輻射劑量。 既可用于衛(wèi)星外層空間劑量的監(jiān)測(cè)，也可用既可用于衛(wèi)星外層空間劑量的監(jiān)測(cè)，也可用 于核電站、放射性物質(zhì)堆放處輻射量的大面積監(jiān)于核電站、放射性物質(zhì)堆放處輻射量的大面積監(jiān) 測(cè)。測(cè)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.6 光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制 n 利用半導(dǎo)體的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)

36、制利用半導(dǎo)體的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制 發(fā)生本征吸收的條件：發(fā)生本征吸收的條件： gg g hc hE E 產(chǎn)生本征吸收的條件 半導(dǎo)體的本征吸收：半導(dǎo)體的本征吸收：當(dāng)一束光經(jīng)過半導(dǎo)體時(shí)，低當(dāng)一束光經(jīng)過半導(dǎo)體時(shí)，低 于某波長(zhǎng)于某波長(zhǎng) 的光被半導(dǎo)體吸收而高于該波長(zhǎng)將透過的光被半導(dǎo)體吸收而高于該波長(zhǎng)將透過 半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。 g 稱為稱為半導(dǎo)體的本征吸收波長(zhǎng)半導(dǎo)體的本征吸收波長(zhǎng) g 光子能量必須大于半導(dǎo)體的禁帶寬度光子能量必須大于半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg，即：，即： 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.6 光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制 g t 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 由于采用光強(qiáng)

37、信號(hào)變化作為信息的載體，反射由于采用光強(qiáng)信號(hào)變化作為信息的載體，反射 式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器不可避免地要受光源功率波式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器不可避免地要受光源功率波 動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、光電探測(cè)器的特性漂移以動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、光電探測(cè)器的特性漂移以 及環(huán)境雜散光等因素的影響。所以，要想獲得高精及環(huán)境雜散光等因素的影響。所以，要想獲得高精 度和高穩(wěn)定性的測(cè)量，必須采取有效措施克服這些度和高穩(wěn)定性的測(cè)量，必須采取有效措施克服這些 因素對(duì)測(cè)量的影響。因素對(duì)測(cè)量的影響。 基本思想：通過參考光路引進(jìn)參考信號(hào)，基本思想：通過參考光路引進(jìn)參考信號(hào)， 以補(bǔ)償非傳感因素引起的光強(qiáng)變化。以補(bǔ)償非傳感因素引起的光強(qiáng)

38、變化。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法 基本思想基本思想：在傳感器中采用不同波長(zhǎng)的兩：在傳感器中采用不同波長(zhǎng)的兩 個(gè)光源，這兩個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)在傳感個(gè)光源，這兩個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)在傳感 頭中受到不同的調(diào)制，對(duì)它進(jìn)行一定的信頭中受到不同的調(diào)制，對(duì)它進(jìn)行一定的信 號(hào)處理，就可達(dá)到系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)哪康?。?hào)處理，就可達(dá)到系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法 由光源由光源S1和和S2分別發(fā)出波長(zhǎng)為分別發(fā)出波長(zhǎng)為1和和2的單色光，并的單色光，并 在傳感

39、頭在傳感頭SH處受到不同調(diào)制，再由探測(cè)器處受到不同調(diào)制，再由探測(cè)器D1和探和探 測(cè)器測(cè)器D2接收。接收。 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法光路圖雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法光路圖 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法 設(shè)設(shè)D1接受光強(qiáng)信號(hào)為接受光強(qiáng)信號(hào)為I1， D2接受光強(qiáng)信號(hào)為接受光強(qiáng)信號(hào)為I2，則，則 111121 IS L M L D 221222 IS L M L D S為光源輸出功率，為光源輸出功率，L為光纖透過率，為光纖透過率，M為傳感頭對(duì)為傳感頭對(duì) 光信號(hào)的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)光信號(hào)的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù) ，D為探測(cè)器的靈敏度。為探測(cè)器的靈敏度。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制

40、型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法 設(shè)設(shè)D1接受光強(qiáng)信號(hào)為接受光強(qiáng)信號(hào)為I1， D2接受光強(qiáng)信號(hào)為接受光強(qiáng)信號(hào)為I2，則，則 111121 IS L M L D 221222 IS L M L D 222 111 S D M R S D M 補(bǔ)償后的輸出為補(bǔ)償后的輸出為 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：消除了光纖傳輸損耗對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；消除了光纖傳輸損耗對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響； 不足：不足：無法消除光源波動(dòng)和探測(cè)器特性漂移的影響無法消除光源波動(dòng)和探測(cè)器特性漂移的影響 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)

41、補(bǔ)償法改進(jìn)型改進(jìn)型 目的：目的：為了消除光源波動(dòng)和探測(cè)器特性漂移的影響為了消除光源波動(dòng)和探測(cè)器特性漂移的影響 基本思想基本思想：在光源：在光源S S和傳感頭和傳感頭SHSH之間增加了一個(gè)之間增加了一個(gè)X X形形 光纖耦合器光纖耦合器C C，以便監(jiān)測(cè)光源功率的波動(dòng)起伏，再用，以便監(jiān)測(cè)光源功率的波動(dòng)起伏，再用 分時(shí)的方法監(jiān)測(cè)分時(shí)的方法監(jiān)測(cè)S1S1和和S2S2的信號(hào)。的信號(hào)。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法改進(jìn)型改進(jìn)型 四個(gè)探測(cè)信號(hào)四個(gè)探測(cè)信號(hào) 11 1121111 22 2222122 , , RRMM RRMM ID C

42、SID L M LC S ID C SID L M LC S C1、C2為為X形光纖耦合器分別對(duì)波長(zhǎng)形光纖耦合器分別對(duì)波長(zhǎng)1和和2的透過的透過 率率 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法改進(jìn)型改進(jìn)型 四個(gè)探測(cè)信號(hào)四個(gè)探測(cè)信號(hào) 11 1121111 22 2222122 , , RRMM RRMM ID C SID L M LC S ID C SID L M LC S 補(bǔ)償后的輸出為補(bǔ)償后的輸出為 12 2 21 1 RM RM I IM R I IM 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 可消除光源功率波動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、光電探可消除光源功率波動(dòng)

43、、光纖傳輸損耗變化、光電探 測(cè)器的特性漂移等影響因素引起的誤差，輸出信號(hào)測(cè)器的特性漂移等影響因素引起的誤差，輸出信號(hào) 由強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)由強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)M唯一決定；唯一決定； 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 1. 1. 雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法改進(jìn)型改進(jìn)型 四個(gè)探測(cè)信號(hào)四個(gè)探測(cè)信號(hào) 11 1121111 22 2222122 , , RRMM RRMM ID C SID L M LC S ID C SID L M LC S 補(bǔ)償后的輸出為補(bǔ)償后的輸出為 12 2 21 1 RM RM I IM R I IM 不足：不足： 無法消除由兩光源光譜特性的變化、無法消除由

44、兩光源光譜特性的變化、X型耦合器分型耦合器分 光比的變化引起的誤差，同時(shí)由于雙波長(zhǎng)光在光纖光比的變化引起的誤差，同時(shí)由于雙波長(zhǎng)光在光纖 中傳輸?shù)牟町悾摲椒ú⒉贿m合遠(yuǎn)程測(cè)量。中傳輸?shù)牟町?，該方法并不適合遠(yuǎn)程測(cè)量。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.7 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù) 2. 2. 旁路光纖監(jiān)測(cè)法旁路光纖監(jiān)測(cè)法 基本思想基本思想：參考光纖和信號(hào)傳輸光纖的長(zhǎng)度相同，：參考光纖和信號(hào)傳輸光纖的長(zhǎng)度相同， 經(jīng)過的空間位置也一致，以確保受到相同的環(huán)境影經(jīng)過的空間位置也一致，以確保受到相同的環(huán)境影 響，只是在傳感頭響，只是在傳感頭SHSH處，參考光纖從旁路通過，不處，參考光纖從旁路通過，不 受被測(cè)量調(diào)制。受被測(cè)量調(diào)制。 探測(cè)器探測(cè)器2 光源光源 SH 探測(cè)器探測(cè)器1 耦合器耦合器 第四章 強(qiáng)度調(diào)制