光纖光柵壓力傳感器解讀課件

1姓名：潘金全學(xué)號：1434041006

題目：光纖光柵壓力傳感器光子信息技術(shù)1姓名：潘金全題目：光纖光柵壓力傳感器光子信息技術(shù)11.壓力傳感器

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力是進行測量和控制的最基本參數(shù)之一。

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。電容式壓力傳感器電感式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器1.壓力傳感器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力是進行測2工程上常用的幾種壓力傳感器1.液柱式壓力計

液柱式壓力計是以流體靜力學(xué)原理來測量壓力的。它們一般采用水銀或水為工作液，用U型管或單管進行測量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的測量。2.彈性式壓力表

彈性式壓力表是以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形作為測量基礎(chǔ)的。它結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，現(xiàn)場使用和維修都很方便，又有較寬的壓力測量范圍，因此在工程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。3.壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器的壓力敏感元件是壓阻元件，是基于壓阻效應(yīng)工作的。所謂壓阻元件實際上就是指在半導(dǎo)體材料上用集成電路工藝制成的擴散電阻，當(dāng)它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。該傳感器的主要優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，能測出十幾Pa的微壓，它是一種比較理想的壓力傳感器。但是，這種傳感器測量準(zhǔn)確度受到非線性和溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小。工程上常用的幾種壓力傳感器1.液柱式壓力計32光纖壓力傳感器除了上述幾種傳統(tǒng)的壓力傳感器……光纖光柵壓力傳感器能夠克服傳統(tǒng)電磁類壓力傳感器的應(yīng)用局限性,具有本質(zhì)安全防爆，耐腐蝕,抗電磁干擾能力強，信號傳輸距離遠(yuǎn)，易于實現(xiàn)壓力的多點分布式測量和長期在線監(jiān)測等優(yōu)點。2光纖壓力傳感器除了上述幾種傳統(tǒng)的壓力傳感器……42.1光纖光柵的結(jié)構(gòu)它是利用光纖材料的光折變效應(yīng)，用紫外激光向光纖纖芯內(nèi)由側(cè)面寫入,形成折射率周期變化的光柵結(jié)構(gòu)，這種光柵稱之為布喇格（Bragg）光纖光柵。根據(jù)光纖光柵的耦合模理論,當(dāng)一束寬帶光入射到光纖光柵中時,折射率的周期性結(jié)構(gòu)使得某特定波長的窄帶光被反射,反射光的波長滿足Bragg散射條件：其中：λB

為Bragg

波長（即反射光的中心波長）；Λ為光柵周期；

neff為光纖光柵的有效折射率；

由上式可知,光纖光柵反射光的中心波長(光纖光柵波長)主要取決于光柵周期Λ和有效折射率neff

。光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖2.1光纖光柵的結(jié)構(gòu)它是利用光纖材料的光折變效應(yīng)，用紫外激光5當(dāng)光纖光柵感受到外界環(huán)境溫度T或應(yīng)變ε發(fā)生變化時，會引起光柵周期和有效折射率的變化，從而引起反射光波長的偏移。因此，通過檢測光纖光柵反射光波長的變化，即可獲知外界溫度或應(yīng)變信息，這就是光纖光柵傳感的基本原理。當(dāng)光纖光柵感受到外界環(huán)境溫度T或應(yīng)變ε發(fā)生變化時，會引起光柵63.光纖光柵的應(yīng)力特性當(dāng)外界有應(yīng)力作用于光纖光柵上時，就會使光纖光柵被機械性的拉長而改變其光柵常數(shù)，可以表示為：式中εx為考察點處軸向應(yīng)變。彈光效應(yīng)使得光纖光柵折射率發(fā)生變化：其中，Pe為彈光系數(shù)上式即為光纖光柵的波長變化與外界應(yīng)變之間關(guān)系的表達式；式中Kε為纖光柵的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，其大小與光纖材料密切相關(guān)，由光纖的彈光系數(shù)、有效折射率和泊松比決定。

3.光纖光柵的應(yīng)力特性當(dāng)外界有應(yīng)力作用于光纖光柵上時，就會7fhBFGl2d光柵下圖的光纖光柵應(yīng)變傳感器是一種懸臂梁應(yīng)變調(diào)諧機構(gòu)。當(dāng)光纖的材料確定后，Kε即為常數(shù)，光纖光柵波長變化與外界應(yīng)變成一次成線性關(guān)系，因此，可以通過檢測光纖光柵中心波長的偏移即可獲知外界的應(yīng)變信息。也由光纖光柵的應(yīng)變計算出傳感光柵的波長變化光纖光柵波長懸臂梁調(diào)諧曲線fhBFGl2d光柵下圖的光纖光柵應(yīng)變傳感器是一種懸臂梁應(yīng)變8FBG中心波長隨壓強增加的響應(yīng)曲線FBG中心波長隨壓強增加的響應(yīng)曲線94.纖光柵壓力傳感器（1）根據(jù)實際壓力測量的需要，纖光柵壓力傳感器可分為彈簧管式光纖光柵壓力傳感器膜片式光纖光柵壓力傳感器；（2）共有的特點：結(jié)構(gòu)簡單，容易加工生產(chǎn)；傳感器間易于串接，方便復(fù)用；具有溫度補償功能，測量結(jié)果不受溫度影響;穩(wěn)定性，可靠性好4.纖光柵壓力傳感器（1）根據(jù)實際壓力測量的需要，纖光柵壓10（1）彈賛管式光纖光柵壓力傳感器光纖光柵1和光纖光柵2沿著中心軸線分別粘貼在彈簧管前后表面上。感應(yīng)彈簧管在被測壓力作用下產(chǎn)生彈性變形，光纖光柵也會產(chǎn)生應(yīng)變。由于溫度變化引起的兩個光纖光柵的波長漂移方向相同,以兩個光纖光柵的波長變化差作為壓力測量信號，不僅可以提高了壓力靈敏度,而且壓力測量結(jié)果不受溫度變化的影響。彈賛管式光纖光柵壓力傳感器的固有頻率較低，適用于氣體或液體靜態(tài)壓力的測量。（1）彈賛管式光纖光柵壓力傳感器光纖光柵1和光纖光柵2沿著中11將兩個不同中心波長的光纖光柵粘貼在膜片的相應(yīng)區(qū)域上；即其中一個光纖光柵粘貼在膜片的中心位置,檢測膜片上的中心正應(yīng)力；另一個光纖光柵沿徑向粘貼在距膜片中心點半徑除以

到膜片邊緣之間，檢測膜片上的徑向負(fù)應(yīng)力，以兩個光纖光柵波長差作為測量壓力的傳感信號。由于溫度變化引起的兩個光纖光柵的波長漂移方向相同,差動式的測量信號消除了溫度對壓力測量結(jié)果的影響,同時還提高了傳感器的測量分辨率。平面膜片結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器,具有良好的動態(tài)特性,可用于氣體或液體靜態(tài)和動態(tài)壓力的測量。（2）平面圓膜片的光纖光柵壓力傳感器將兩個不同中心波長的光纖光柵粘貼在膜片的相應(yīng)區(qū)域上；（2）平125.總結(jié)纖光柵壓力傳感器能夠克服電類壓力傳感器的應(yīng)用局限性,具有本質(zhì)安全防爆,耐腐蝕,抗電磁干擾,信號傳輸距離遠(yuǎn),復(fù)用能力強,易于實現(xiàn)液體或氣體壓力的多點分布式測量和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測等優(yōu)點,在石油化工、水利、機械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。5.總結(jié)纖光柵壓力傳感器能夠克服電類壓力傳感器的應(yīng)用局限性13Thankyou!謝謝觀賞Thankyou!謝謝觀賞1415姓名：潘金全學(xué)號：1434041006

題目：光纖光柵壓力傳感器光子信息技術(shù)1姓名：潘金全題目：光纖光柵壓力傳感器光子信息技術(shù)151.壓力傳感器

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力是進行測量和控制的最基本參數(shù)之一。

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。電容式壓力傳感器電感式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器1.壓力傳感器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力是進行測16工程上常用的幾種壓力傳感器1.液柱式壓力計

液柱式壓力計是以流體靜力學(xué)原理來測量壓力的。它們一般采用水銀或水為工作液，用U型管或單管進行測量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的測量。2.彈性式壓力表

彈性式壓力表是以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形作為測量基礎(chǔ)的。它結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，現(xiàn)場使用和維修都很方便，又有較寬的壓力測量范圍，因此在工程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。3.壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器的壓力敏感元件是壓阻元件，是基于壓阻效應(yīng)工作的。所謂壓阻元件實際上就是指在半導(dǎo)體材料上用集成電路工藝制成的擴散電阻，當(dāng)它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。該傳感器的主要優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，能測出十幾Pa的微壓，它是一種比較理想的壓力傳感器。但是，這種傳感器測量準(zhǔn)確度受到非線性和溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小。工程上常用的幾種壓力傳感器1.液柱式壓力計172光纖壓力傳感器除了上述幾種傳統(tǒng)的壓力傳感器……光纖光柵壓力傳感器能夠克服傳統(tǒng)電磁類壓力傳感器的應(yīng)用局限性,具有本質(zhì)安全防爆，耐腐蝕,抗電磁干擾能力強，信號傳輸距離遠(yuǎn)，易于實現(xiàn)壓力的多點分布式測量和長期在線監(jiān)測等優(yōu)點。2光纖壓力傳感器除了上述幾種傳統(tǒng)的壓力傳感器……182.1光纖光柵的結(jié)構(gòu)它是利用光纖材料的光折變效應(yīng)，用紫外激光向光纖纖芯內(nèi)由側(cè)面寫入,形成折射率周期變化的光柵結(jié)構(gòu)，這種光柵稱之為布喇格（Bragg）光纖光柵。根據(jù)光纖光柵的耦合模理論,當(dāng)一束寬帶光入射到光纖光柵中時,折射率的周期性結(jié)構(gòu)使得某特定波長的窄帶光被反射,反射光的波長滿足Bragg散射條件：其中：λB

為Bragg

波長（即反射光的中心波長）；Λ為光柵周期；

neff為光纖光柵的有效折射率；

由上式可知,光纖光柵反射光的中心波長(光纖光柵波長)主要取決于光柵周期Λ和有效折射率neff

。光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖2.1光纖光柵的結(jié)構(gòu)它是利用光纖材料的光折變效應(yīng)，用紫外激光19當(dāng)光纖光柵感受到外界環(huán)境溫度T或應(yīng)變ε發(fā)生變化時，會引起光柵周期和有效折射率的變化，從而引起反射光波長的偏移。因此，通過檢測光纖光柵反射光波長的變化，即可獲知外界溫度或應(yīng)變信息，這就是光纖光柵傳感的基本原理。當(dāng)光纖光柵感受到外界環(huán)境溫度T或應(yīng)變ε發(fā)生變化時，會引起光柵203.光纖光柵的應(yīng)力特性當(dāng)外界有應(yīng)力作用于光纖光柵上時，就會使光纖光柵被機械性的拉長而改變其光柵常數(shù)，可以表示為：式中εx為考察點處軸向應(yīng)變。彈光效應(yīng)使得光纖光柵折射率發(fā)生變化：其中，Pe為彈光系數(shù)上式即為光纖光柵的波長變化與外界應(yīng)變之間關(guān)系的表達式；式中Kε為纖光柵的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，其大小與光纖材料密切相關(guān)，由光纖的彈光系數(shù)、有效折射率和泊松比決定。

3.光纖光柵的應(yīng)力特性當(dāng)外界有應(yīng)力作用于光纖光柵上時，就會21fhBFGl2d光柵下圖的光纖光柵應(yīng)變傳感器是一種懸臂梁應(yīng)變調(diào)諧機構(gòu)。當(dāng)光纖的材料確定后，Kε即為常數(shù)，光纖光柵波長變化與外界應(yīng)變成一次成線性關(guān)系，因此，可以通過檢測光纖光柵中心波長的偏移即可獲知外界的應(yīng)變信息。也由光纖光柵的應(yīng)變計算出傳感光柵的波長變化光纖光柵波長懸臂梁調(diào)諧曲線fhBFGl2d光柵下圖的光纖光柵應(yīng)變傳感器是一種懸臂梁應(yīng)變22FBG中心波長隨壓強增加的響應(yīng)曲線FBG中心波長隨壓強增加的響應(yīng)曲線234.纖光柵壓力傳感器（1）根據(jù)實際壓力測量的需要，纖光柵壓力傳感器可分為彈簧管式光纖光柵壓力傳感器膜片式光纖光柵壓力傳感器；（2）共有的特點：結(jié)構(gòu)簡單，容易加工生產(chǎn)；傳感器間易于串接，方便復(fù)用；具有溫度補償功能，測量結(jié)果不受溫度影響;穩(wěn)定性，可靠性好4.纖光柵壓力傳感器（1）根據(jù)實際壓力測量的需要，纖光柵壓24（1）彈賛管式光纖光柵壓力傳感器光纖光柵1和光纖光柵2沿著中心軸線分別粘貼在彈簧管前后表面上。感應(yīng)彈簧管在被測壓力作用下產(chǎn)生彈性變形，光纖光柵也會產(chǎn)生應(yīng)變。由于溫度變化引起的兩個光纖光柵的波長漂移方向相同,以兩個光纖光柵的波長變化差作為壓力測量信號，不僅可以提高了壓力靈敏度,而且壓力測量結(jié)果不受溫度變化的影響。彈賛管式光纖光柵壓力傳感器的固有頻率較低，適用于氣體或液體靜態(tài)壓力的測量。（1）彈賛管式光纖光柵壓力傳感器光纖光柵1和光纖光柵2沿著中25將兩個不同中心波長的光纖光柵粘貼在膜片的相應(yīng)區(qū)域上；即其中一個光纖光柵粘貼在膜片的中心位置,檢測膜片上的中心正應(yīng)力；另一個光纖光柵沿徑向粘貼在距膜片中心點半徑除以

到膜片邊緣之間，檢測膜片上的徑向負(fù)應(yīng)力，以兩個光纖光柵波長差作為測量壓力的傳感信號。由于溫度變化引起的兩個光纖光柵的波長漂移方向相同,差動式的測量信號消除了溫度對壓力測量結(jié)果的影響,同時還提高了傳感器的測量分辨率。平面膜片結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器,具