模塊光學(xué)量檢測(cè)下

1、模塊光學(xué)量檢測(cè)下本模塊介紹本模塊介紹“光學(xué)量光學(xué)量” 的基本概念、各種光的基本概念、各種光電元件，例如：紫外光電管、光敏電阻、光敏電元件，例如：紫外光電管、光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管、光電池，介紹各種光電二極管、光敏晶體管、光電池，介紹各種光電元件的應(yīng)用。還介紹了光導(dǎo)纖維傳感器及其應(yīng)元件的應(yīng)用。還介紹了光導(dǎo)纖維傳感器及其應(yīng)用。用。內(nèi)容簡(jiǎn)介內(nèi)容簡(jiǎn)介今天是：今天是：2022-5-62022-5-6模塊八、光學(xué)量檢測(cè)（下）模塊八、光學(xué)量檢測(cè)（下） 目錄目錄進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入（上）知識(shí)鏈接（上）知識(shí)鏈接 光學(xué)量的基本概念光學(xué)量的基本概念（上）項(xiàng)目一、光電元件及應(yīng)用電路（上）項(xiàng)目一、光電元件及應(yīng)用電

2、路（中、下）項(xiàng)目二、光電傳感器的應(yīng)用（中、下）項(xiàng)目二、光電傳感器的應(yīng)用拓展閱讀拓展閱讀 光導(dǎo)纖維傳感器及應(yīng)用光導(dǎo)纖維傳感器及應(yīng)用現(xiàn)在時(shí)間現(xiàn)在時(shí)間是：是：21:4621:46進(jìn)入進(jìn)入 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）高度測(cè)量高度測(cè)量 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）三維尺寸三維尺寸檢測(cè)檢測(cè)寬度寬度 測(cè)量測(cè)量長(zhǎng)度長(zhǎng)度 測(cè)量測(cè)量高度高度 測(cè)量測(cè)量 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測(cè)木材外形截面積檢測(cè) 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）孔的檢測(cè)孔的檢測(cè) 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕用于光幕用于自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的車(chē)輛檢測(cè)車(chē)輛檢測(cè) 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）鍛壓機(jī)床的鍛壓機(jī)床的 安全區(qū)域設(shè)置

3、安全區(qū)域設(shè)置 及入侵報(bào)警及入侵報(bào)警 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警安全區(qū)示警 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）手的安全區(qū)保護(hù)手的安全區(qū)保護(hù)二、帶材的邊緣位置寬度的測(cè)量二、帶材的邊緣位置寬度的測(cè)量圖圖8-37 光敏二極管線陣在帶材寬度檢測(cè)中的應(yīng)用光敏二極管線陣在帶材寬度檢測(cè)中的應(yīng)用1平行光源（光幕）平行光源（光幕） 2狹縫狹縫 3被測(cè)鋼板帶材被測(cè)鋼板帶材 4光敏二極管陣列光敏二極管陣列寬度寬度 L=x0+x3+x4三、光電式帶材跑偏檢測(cè)器三、光電式帶材跑偏檢測(cè)器在帶材生產(chǎn)線上，在帶材生產(chǎn)線上，由于帶材橫向厚度及由于帶材橫向厚度及壓輥壓力不均等原因，壓輥壓力不均等原因，導(dǎo)致帶材邊緣或縱向?qū)е聨?/p>

4、材邊緣或縱向標(biāo)志線與加工機(jī)械的標(biāo)志線與加工機(jī)械的中心線不平行或不重中心線不平行或不重合，從而發(fā)生帶材橫合，從而發(fā)生帶材橫向運(yùn)行偏差，稱(chēng)為向運(yùn)行偏差，稱(chēng)為“跑偏跑偏”。需要以帶。需要以帶材邊緣縱向?yàn)榛鶞?zhǔn)，材邊緣縱向?yàn)榛鶞?zhǔn)，實(shí)行邊緣位置控制，實(shí)行邊緣位置控制，稱(chēng)為稱(chēng)為“糾偏糾偏”。光電傳感器光電傳感器 帶材走偏時(shí)帶材走偏時(shí), ,邊緣經(jīng)常與傳送機(jī)械邊緣經(jīng)常與傳送機(jī)械發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞, ,易出現(xiàn)卷邊易出現(xiàn)卷邊, ,造成廢品。造成廢品。 圖圖8-38 光電式邊緣位置檢測(cè)糾偏原理圖光電式邊緣位置檢測(cè)糾偏原理圖a）原理示意圖）原理示意圖 b）光電檢測(cè)裝置）光電檢測(cè)裝置 c）測(cè)量電路）測(cè)量電路1被測(cè)帶材被測(cè)帶

5、材 2開(kāi)卷電動(dòng)機(jī)開(kāi)卷電動(dòng)機(jī) 3卷取輥卷取輥 4伺服液壓缸伺服液壓缸 5活塞活塞 6滑臺(tái)滑臺(tái) 7光電邊緣位置檢測(cè)傳感器光電邊緣位置檢測(cè)傳感器 8LED光源光源 9擴(kuò)束透鏡擴(kuò)束透鏡 10平行光束透鏡平行光束透鏡 11匯聚透鏡匯聚透鏡 12測(cè)量光電池測(cè)量光電池 13溫度補(bǔ)償光電池溫度補(bǔ)償光電池 14遮光罩遮光罩 15跑偏指示跑偏指示（見(jiàn)下頁(yè)放大圖）（見(jiàn)下頁(yè)放大圖）帶材左偏時(shí)，帶材左偏時(shí)，Uo3如何變化？如何變化？圖圖8-38 光幕用于糾偏光幕用于糾偏 光幕可檢測(cè)光幕可檢測(cè)出帶材在卷曲出帶材在卷曲過(guò)程中的偏移，過(guò)程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)經(jīng)控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使帶材行機(jī)構(gòu)使帶材向正確的方向向正確的方向運(yùn)動(dòng)（

6、糾偏）。運(yùn)動(dòng)（糾偏）。光電式帶材跑偏測(cè)控系統(tǒng)指標(biāo)光電式帶材跑偏測(cè)控系統(tǒng)指標(biāo) 帶鋼最大傳送速度：帶鋼最大傳送速度：10m/s糾偏最大動(dòng)態(tài)范圍：糾偏最大動(dòng)態(tài)范圍：100mm糾偏誤差：糾偏誤差：0.5mm跑偏檢測(cè)傳感器響應(yīng)時(shí)間：跑偏檢測(cè)傳感器響應(yīng)時(shí)間：100s液壓比例伺服閥響應(yīng)時(shí)間：液壓比例伺服閥響應(yīng)時(shí)間：50ms伺服液壓缸最大驅(qū)動(dòng)速度：伺服液壓缸最大驅(qū)動(dòng)速度：20mm/s電液伺服最大推力：電液伺服最大推力：6104 N（可按需要配置液壓系統(tǒng)）（可按需要配置液壓系統(tǒng)）環(huán)境工作溫度：環(huán)境工作溫度：-2070 在帶鋼糾偏裝置中，邊緣位置檢測(cè)傳感器的位置固定在帶鋼糾偏裝置中，邊緣位置檢測(cè)傳感器的位置固定不

7、動(dòng)，開(kāi)卷機(jī)的開(kāi)卷輥可左右移動(dòng)。在伺服液壓缸的推不動(dòng)，開(kāi)卷機(jī)的開(kāi)卷輥可左右移動(dòng)。在伺服液壓缸的推動(dòng)下，開(kāi)卷機(jī)構(gòu)（包括減速箱和開(kāi)卷輥等）沿著導(dǎo)軌作動(dòng)下，開(kāi)卷機(jī)構(gòu)（包括減速箱和開(kāi)卷輥等）沿著導(dǎo)軌作垂直于帶材行進(jìn)方向的糾偏運(yùn)動(dòng)。垂直于帶材行進(jìn)方向的糾偏運(yùn)動(dòng)。光電式帶材跑偏的光電檢測(cè)裝置光電式帶材跑偏的光電檢測(cè)裝置.1帶材帶材 2邊緣位置邊緣位置 檢測(cè)傳感器檢測(cè)傳感器 3電源及信號(hào)電源及信號(hào) 線連接座線連接座帶材糾偏系統(tǒng)帶材糾偏系統(tǒng) 光電傳感器光電傳感器帶材帶材液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)帶材糾偏系統(tǒng)（續(xù)）帶材糾偏系統(tǒng)（續(xù)） 拓展閱讀拓展閱讀 光導(dǎo)纖維傳感器及應(yīng)用光導(dǎo)纖維傳感器及應(yīng)用光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱(chēng)光纖，是以特

8、別的工藝?yán)傻募?xì)絲。光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱(chēng)光纖，是以特別的工藝?yán)傻募?xì)絲。光纖透明、纖細(xì)，雖比頭發(fā)絲還細(xì)，卻具有能把光封閉光纖透明、纖細(xì)，雖比頭發(fā)絲還細(xì)，卻具有能把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的特征。目前好的光纖的損耗在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的特征。目前好的光纖的損耗已優(yōu)于已優(yōu)于0.1dB/km。由光源、光纖及接收器組成的傳感器稱(chēng)為光纖傳感由光源、光纖及接收器組成的傳感器稱(chēng)為光纖傳感器。光纖傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、防雷電擊、防器。光纖傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、防雷電擊、防燃防爆、絕緣性好、柔韌性好、耐高溫、重量輕等特點(diǎn)。燃防爆、絕緣性好、柔韌性好、耐高溫、重量輕等特點(diǎn)。不存在一次儀表與二次儀表之間接

9、地的麻煩，所以不存在一次儀表與二次儀表之間接地的麻煩，所以特別適合在狹小的空間、強(qiáng)電磁干擾和高電壓環(huán)境或在特別適合在狹小的空間、強(qiáng)電磁干擾和高電壓環(huán)境或在潮濕的環(huán)境中工作。潮濕的環(huán)境中工作。下課下課回目錄回目錄光的全反射演示光的全反射演示 圖圖8-41 光纖的損耗光纖的損耗1折射折射 2全反射全反射3散射散射各種裝飾性光導(dǎo)纖維各種裝飾性光導(dǎo)纖維 傳導(dǎo)光線用的光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光線用的光導(dǎo)纖維光纖的光纖的拉制拉制“光導(dǎo)光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡纖維內(nèi)窺鏡”可實(shí)現(xiàn)探頭可實(shí)現(xiàn)探頭360360全方全方位旋轉(zhuǎn)。耐位旋轉(zhuǎn)。耐磨，耐腐蝕，磨，耐腐蝕，探頭裝有高探頭裝有高亮度多組亮度多組LEDLED照明光照明光源，可以用源，可

10、以用于管道檢測(cè)于管道檢測(cè)或醫(yī)學(xué)檢測(cè)?；蜥t(yī)學(xué)檢測(cè)。一、光纖的基本概念一、光纖的基本概念當(dāng)一束光線以一定的入射角當(dāng)一束光線以一定的入射角1 1從從介質(zhì)介質(zhì)1 1射到介質(zhì)射到介質(zhì)2 2的分界面上時(shí)的分界面上時(shí),一部分一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過(guò)分界面透過(guò)分界面,在另一介質(zhì)內(nèi)傳播。在另一介質(zhì)內(nèi)傳播。 1.光的全反射光的全反射光線的在兩種介質(zhì)界面的反射與折射光線的在兩種介質(zhì)界面的反射與折射圖圖8-39 光線的在兩種介質(zhì)光線的在兩種介質(zhì)界面的反射與折射界面的反射與折射a）1c時(shí)的情況時(shí)的情況 b）1=c時(shí)的情況時(shí)的情況 c）1c時(shí)的情況時(shí)的情況光線沿著水流傳導(dǎo)

11、光線沿著水流傳導(dǎo)光的全反射光的全反射當(dāng)減小入射角時(shí)，進(jìn)入介質(zhì)當(dāng)減小入射角時(shí)，進(jìn)入介質(zhì)2的折射光與分界面的夾的折射光與分界面的夾角將相應(yīng)減小，就可能將導(dǎo)致折射波只能在介質(zhì)分界面角將相應(yīng)減小，就可能將導(dǎo)致折射波只能在介質(zhì)分界面上傳播。對(duì)這個(gè)極限值時(shí)的入射角，定義為臨界角上傳播。對(duì)這個(gè)極限值時(shí)的入射角，定義為臨界角c。當(dāng)入射角小于當(dāng)入射角小于c時(shí)，入射光線將發(fā)生全反射。時(shí)，入射光線將發(fā)生全反射。光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)圖圖8-40 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)1纖芯纖芯 2包層包層 3緩沖層緩沖層 4加強(qiáng)層加強(qiáng)層 5PVC外套外套光纖的結(jié)構(gòu)（續(xù)）光纖的結(jié)構(gòu)（續(xù)） 多股光纖的結(jié)構(gòu)多股光纖的結(jié)構(gòu) 光在光在光纖中光纖

12、中的全反射的全反射 光纖的類(lèi)型光纖的類(lèi)型 a）階躍型）階躍型 b）梯度型）梯度型 c）單孔型型）單孔型型光纖的類(lèi)型（續(xù)）光纖的類(lèi)型（續(xù)） 階躍型：階躍型：光纖纖芯的折射率分布各點(diǎn)均勻一致，光纖纖芯的折射率分布各點(diǎn)均勻一致，稱(chēng)為多模光纖。稱(chēng)為多模光纖。典型多模光纖：典型多模光纖：50/125um、62.5/125 m（前者為（前者為纖芯直徑，后者為纖芯纖芯直徑，后者為纖芯+包層直徑）包層直徑） 梯度型光纖梯度型光纖梯度型光纖的的折射率呈聚焦型，即在軸線上折射梯度型光纖的的折射率呈聚焦型，即在軸線上折射率最大，離開(kāi)軸線則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時(shí)，率最大，離開(kāi)軸線則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時(shí)，降低

13、到與包層區(qū)一樣。降低到與包層區(qū)一樣。單孔型光纖單孔型光纖 單孔型光纖的纖芯直徑較?。〝?shù)微米），接近于被單孔型光纖的纖芯直徑較?。〝?shù)微米），接近于被傳輸光波的波長(zhǎng)，光以電磁場(chǎng)傳輸光波的波長(zhǎng)，光以電磁場(chǎng)“模?！钡脑碓诶w芯中的原理在纖芯中傳導(dǎo)，能量損失很小，適宜于遠(yuǎn)距離傳輸。傳導(dǎo)，能量損失很小，適宜于遠(yuǎn)距離傳輸。 典型單模光纖直徑：典型單模光纖直徑：9/125m（前者為纖芯直徑，后者為纖芯（前者為纖芯直徑，后者為纖芯+包層直徑）包層直徑）與光纖耦合的電光與光電轉(zhuǎn)換器件與光纖耦合的電光與光電轉(zhuǎn)換器件 實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的元件通常是發(fā)光二極管或?qū)崿F(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的元件通常是發(fā)光二極管或激光二極管。激光二極管。 與

14、光纖耦合的與光纖耦合的“電光電光”與與“光電光電”轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器件器件 1 1發(fā)射光纖發(fā)射光纖 2 2接收光纖接收光纖光纖耦合器光纖耦合器(Coupler)(Coupler)又稱(chēng)分歧器、連接器、適配器、又稱(chēng)分歧器、連接器、適配器、法蘭盤(pán)，用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分路法蘭盤(pán)，用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分路/ /合路，或用于延長(zhǎng)光纖合路，或用于延長(zhǎng)光纖鏈路的元件，是光纖與光纖，或光纖與光源、接收器之鏈路的元件，是光纖與光纖，或光纖與光源、接收器之間，進(jìn)行可拆卸間，進(jìn)行可拆卸( (活動(dòng)活動(dòng)) )連接的器件，能將光路的兩個(gè)端連接的器件，能將光路的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來(lái)，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限面精密對(duì)接起來(lái)，以使發(fā)射光纖

15、輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使其介入光鏈路從而對(duì)系度地耦合到接收光纖中去，并使其介入光鏈路從而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到最小。統(tǒng)造成的影響減到最小。圖圖8-42 光纖與光發(fā)射器及光接收器的配合光纖與光發(fā)射器及光接收器的配合激光二極管的外形激光二極管的外形 激光二極管芯片激光二極管芯片激光二極管激光二極管與與發(fā)光二極管的發(fā)光二極管的帶寬及帶寬及效率比較效率比較單模光單模光纖必須與能纖必須與能發(fā)射單一光發(fā)射單一光譜的激光二譜的激光二極管配對(duì)，極管配對(duì)，在傳導(dǎo)過(guò)程在傳導(dǎo)過(guò)程中的發(fā)散損中的發(fā)散損耗可以較小，耗可以較小，穩(wěn)定性較高。穩(wěn)定性較高。光纖的損耗光纖的損耗光纖在傳輸光纖在傳輸信號(hào)的過(guò)

16、程中信號(hào)的過(guò)程中損耗應(yīng)盡量小損耗應(yīng)盡量小且穩(wěn)定。在某且穩(wěn)定。在某些波長(zhǎng)上，光些波長(zhǎng)上，光纖的損耗非常纖的損耗非常小?？蛇x擇適小?？蛇x擇適當(dāng)波長(zhǎng)的激光當(dāng)波長(zhǎng)的激光二極管、光電二極管、光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件(PIN)(PIN)與光纖匹配。與光纖匹配。 一般價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在一般價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在1550nm波波長(zhǎng)的損耗系數(shù)為長(zhǎng)的損耗系數(shù)為0.2dB/km。專(zhuān)用的光纖連接頭及光纖插座專(zhuān)用的光纖連接頭及光纖插座光纖與電光轉(zhuǎn)換元件耦合時(shí)，兩者的軸心必須嚴(yán)光纖與電光轉(zhuǎn)換元件耦合時(shí)，兩者的軸心必須嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)并固定，可使用專(zhuān)用的連接頭及光纖插座來(lái)格對(duì)準(zhǔn)并固定，可使用專(zhuān)用的連接頭及光纖插座來(lái)完成。完成。 光纖的

17、終端放大器（光光纖的終端放大器（光/ /電信號(hào)轉(zhuǎn)換器）電信號(hào)轉(zhuǎn)換器） 光纖傳感器光纖傳感器光纖傳感器就是將光纖自身作為敏感元件（也稱(chēng)作光纖傳感器就是將光纖自身作為敏感元件（也稱(chēng)作測(cè)量臂，或敏感元件），直接接收外界的被測(cè)量。測(cè)量臂，或敏感元件），直接接收外界的被測(cè)量。被測(cè)量可引起光纖的長(zhǎng)度、折射率、直徑等方面的被測(cè)量可引起光纖的長(zhǎng)度、折射率、直徑等方面的變化，從而使得在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獗徽{(diào)制。若將光看變化，從而使得在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獗徽{(diào)制。若將光看成簡(jiǎn)諧振動(dòng)的電磁波，則光可以被調(diào)制的參數(shù)有四個(gè)，成簡(jiǎn)諧振動(dòng)的電磁波，則光可以被調(diào)制的參數(shù)有四個(gè)，即振幅（強(qiáng)度）、相位、波長(zhǎng)和偏振方向。即振幅（強(qiáng)度）、相位

18、、波長(zhǎng)和偏振方向。 光纖傳感器多用于高電壓、易爆等場(chǎng)合，不易產(chǎn)生光纖傳感器多用于高電壓、易爆等場(chǎng)合，不易產(chǎn)生電火花。電火花。強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的幾種形式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的幾種形式圖圖8-43 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的幾種形式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的幾種形式a）反射式）反射式 b）遮光式）遮光式1傳感臂光纖傳感臂光纖 2參考臂光纖參考臂光纖3半反半透鏡（分束鏡）半反半透鏡（分束鏡） 4光電探測(cè)器光電探測(cè)器A 5光電探測(cè)器光電探測(cè)器B 6透鏡透鏡 7變形器變形器 8輻射體輻射體 9熒光體熒光體強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的幾種形式（續(xù)）強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的幾種形式（續(xù)）c）吸收式）吸收式 d）微彎式）

19、微彎式 e）接收光輻射式）接收光輻射式 f）熒光激勵(lì)式）熒光激勵(lì)式 1傳感臂光纖傳感臂光纖 2參考臂光纖參考臂光纖3半反半透鏡（分束鏡）半反半透鏡（分束鏡） 4光電探測(cè)器光電探測(cè)器A 5光電探測(cè)器光電探測(cè)器B 6透鏡透鏡 7變形器變形器 8輻射體輻射體 9熒光體熒光體圖圖8-43 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的示意圖強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的示意圖雙路光纖干涉儀用于壓力、溫度測(cè)量雙路光纖干涉儀用于壓力、溫度測(cè)量圖圖8-44 雙路光纖干涉儀用于非光學(xué)量檢測(cè)雙路光纖干涉儀用于非光學(xué)量檢測(cè)1ILD（激光發(fā)生器）（激光發(fā)生器） 2分束鏡分束鏡 3透鏡透鏡4參考光纖（參考臂）參考光纖（參考臂） 5傳感光纖（測(cè)量臂）

20、傳感光纖（測(cè)量臂）6敏感頭敏感頭 7干涉條紋干涉條紋 8光電讀出器光電讀出器相位調(diào)制光纖傳感器工作原理示意圖相位調(diào)制光纖傳感器工作原理示意圖光纖液位測(cè)量光纖液位測(cè)量 光纖液位傳感器光纖液位傳感器 光纖液位傳感器用于高壓變壓器光纖液位傳感器用于高壓變壓器冷卻油的液位檢測(cè)冷卻油的液位檢測(cè)1鵝卵石鵝卵石 2冷卻油冷卻油 3高壓變壓器高壓變壓器 4高壓絕緣子高壓絕緣子 5冷卻油液位指示窗口冷卻油液位指示窗口 6光纖液位傳感器光纖液位傳感器 7連通器連通器埋入式光纖光柵應(yīng)變傳感器埋入式光纖光柵應(yīng)變傳感器埋入式光纖光柵應(yīng)變傳感器是針對(duì)橋梁混凝土箱梁、埋入式光纖光柵應(yīng)變傳感器是針對(duì)橋梁混凝土箱梁、大壩壩體、

21、高層建筑及其他混凝土構(gòu)件或預(yù)制件內(nèi)部應(yīng)大壩壩體、高層建筑及其他混凝土構(gòu)件或預(yù)制件內(nèi)部應(yīng)力變形測(cè)量需求開(kāi)發(fā)的高性能應(yīng)變計(jì)。力變形測(cè)量需求開(kāi)發(fā)的高性能應(yīng)變計(jì)。光纖混凝土光纖混凝土應(yīng)變傳感器應(yīng)變傳感器 圖圖8-45 光纖式混凝土應(yīng)變傳感器光纖式混凝土應(yīng)變傳感器 1入射光纖入射光纖 2氣隙氣隙 3出射光纖出射光纖4鋼板鋼板 5混凝土混凝土 6光源光纖連接頭光源光纖連接頭 7傳導(dǎo)光纖連接頭傳導(dǎo)光纖連接頭光纖聲壓傳感器光纖聲壓傳感器1聲源聲源 2光纖線圈光纖線圈 3干涉鏡干涉鏡光纖聲壓傳感器光纖聲壓傳感器拖曳線列陣拖曳線列陣聲吶的監(jiān)聽(tīng)聲吶的監(jiān)聽(tīng)光纖大電流傳感器光纖大電流傳感器 圖圖8-46 光纖式大電流傳

22、感器光纖式大電流傳感器1大電流導(dǎo)線大電流導(dǎo)線 2光纖線圈光纖線圈 A測(cè)量光纖測(cè)量光纖 B參比光纖參比光纖 當(dāng)線偏振光（見(jiàn)光的偏振）在光纖中傳播時(shí)，若在平當(dāng)線偏振光（見(jiàn)光的偏振）在光纖中傳播時(shí)，若在平行于光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場(chǎng)，則光振動(dòng)方向?qū)l(fā)生行于光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場(chǎng)，則光振動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度與磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長(zhǎng)度和光穿越介質(zhì)的長(zhǎng)度l的乘積成正比，即的乘積成正比，即=VBl，比例系數(shù)，比例系數(shù)V稱(chēng)為費(fèi)爾德常數(shù)，稱(chēng)為費(fèi)爾德常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場(chǎng)方向，上述現(xiàn)象稱(chēng)為

23、法拉第效應(yīng)。和磁場(chǎng)方向，上述現(xiàn)象稱(chēng)為法拉第效應(yīng)。B光纖大電流傳感器（續(xù)）光纖大電流傳感器（續(xù)） 基于法拉第電磁效應(yīng)的光纖電流傳感器應(yīng)用基于法拉第電磁效應(yīng)的光纖電流傳感器應(yīng)用于架空電纜線路的電流測(cè)量和記錄于架空電纜線路的電流測(cè)量和記錄光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器1感溫黑色殼體感溫黑色殼體 2液晶液晶 3入射光纖入射光纖 4出射光纖出射光纖光纖高溫傳感器光纖高溫傳感器圖圖8-47 光纖式高溫傳感器光纖式高溫傳感器a）外觀）外觀 b）黑體腔剖面圖）黑體腔剖面圖 c）信號(hào)處理電路框圖）信號(hào)處理電路框圖1黑體腔黑體腔 2藍(lán)寶石高溫光纖藍(lán)寶石高溫光纖 3光纖耦合器光纖耦合器 4傳導(dǎo)光纖（低溫光纖）傳導(dǎo)光纖

24、（低溫光纖） 5信號(hào)處理系統(tǒng)及顯示器信號(hào)處理系統(tǒng)及顯示器 6多路輸入端子多路輸入端子當(dāng)光纖溫度傳感器當(dāng)光纖溫度傳感器端部達(dá)到端部達(dá)到400以上時(shí)，以上時(shí)，陶瓷黑體腔被加熱而陶瓷黑體腔被加熱而產(chǎn)生熱輻射紅外光，產(chǎn)生熱輻射紅外光，并由光導(dǎo)纖維傳送到并由光導(dǎo)纖維傳送到信號(hào)處理器。信號(hào)處理器。圖圖8-47 保護(hù)管內(nèi)為作保護(hù)管內(nèi)為作為敏感元件的高為敏感元件的高溫光纖溫光纖低溫傳導(dǎo)光纖低溫傳導(dǎo)光纖光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器 光纖式光電開(kāi)關(guān)光纖式光電開(kāi)關(guān)反射式反射式遮斷式遮斷式反射鏡反射式反射鏡反射式光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用標(biāo)志孔標(biāo)志孔電路板標(biāo)志檢測(cè)電路板標(biāo)志檢測(cè) 當(dāng)光纖發(fā)出的當(dāng)光纖發(fā)出的光穿

25、過(guò)標(biāo)志孔時(shí)，光穿過(guò)標(biāo)志孔時(shí)，若無(wú)反射，說(shuō)明若無(wú)反射，說(shuō)明電路板方向放置電路板方向放置正確。正確。 光纖光纖 耦合器耦合器傳輸光纖傳輸光纖出射光纖出射光纖光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用遮斷式光纖光遮斷式光纖光電開(kāi)關(guān)電開(kāi)關(guān)出射光纖出射光纖接收光纖接收光纖光光/電耦合器電耦合器被測(cè)物被測(cè)物（有機(jī)玻璃）（有機(jī)玻璃）遮斷式光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用遮斷式光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用 采用遮斷采用遮斷式光纖光電式光纖光電開(kāi) 關(guān) 對(duì)開(kāi) 關(guān) 對(duì) I C 芯片引腳進(jìn)芯片引腳進(jìn)行檢測(cè)行檢測(cè)光纖陀螺儀光纖陀螺儀陀螺儀陀螺儀(gyroscope)意即意即“旋轉(zhuǎn)指示器旋轉(zhuǎn)指示器”，是指對(duì)角，是指對(duì)角速率和角偏差敏感的一種傳感器光纖

26、陀螺儀無(wú)活動(dòng)速率和角偏差敏感的一種傳感器光纖陀螺儀無(wú)活動(dòng)部件部件(高速轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)子)，故稱(chēng)為固態(tài)陀螺儀。，故稱(chēng)為固態(tài)陀螺儀。光纖陀螺的工作原理是基于薩格納克光纖陀螺的工作原理是基于薩格納克(Sagnac)效應(yīng)。效應(yīng)。在同一閉合光路中，從同一光源發(fā)出的兩束特征相在同一閉合光路中，從同一光源發(fā)出的兩束特征相等的激光，以相反的方向在光纖中傳播，最后出射并等的激光，以相反的方向在光纖中傳播，最后出射并匯合到同一探測(cè)點(diǎn)（光電元件）。匯合到同一探測(cè)點(diǎn)（光電元件）。 若在垂直于閉合光路所在平面的軸線方向，存在著若在垂直于閉合光路所在平面的軸線方向，存在著相對(duì)于慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，則正、反方向傳播的相對(duì)于慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，則正、反方向傳播的光束走過(guò)的光程不同，就產(chǎn)生光程差。光程差與旋轉(zhuǎn)光束走過(guò)的光