傳感器原理與應用第九章

傳感器原理與應用第九章第一頁，共十頁，2022年，8月28日圖9-10熱雙金屬式光纖溫度開關1遮光板；2雙金屬片接收光源12例9-2遮光式光纖溫度計當溫度升高時，雙金屬片的變形量增大，帶動遮光板在垂直方向產生位移從而使輸出光強發(fā)生變化。第二頁，共十頁，2022年，8月28日例9-3透射型半導體光纖溫度傳感器半導體的吸收光譜與材料的Eg有關，而Eg卻隨溫度的不同而不同。Eg與溫度t的關系可表示為：半導體材料的Eg隨溫度的上升而減小，亦即其本征吸收波長λg隨溫度的上升而增大。第三頁，共十頁，2022年，8月28日這個性質反映在半導體的透光性上則表現為：當溫度升高時，其透射率曲線將向長波方向移動。若采用發(fā)射光譜與半導體的λg（t）相匹配的發(fā)光二極管作為光源，則透射光強度將隨著溫度的升高而減小，即通過檢測透射光的強度或透射率，即可檢測溫度變化。相對發(fā)光強度透射率LED發(fā)光光譜半導體透射率T1<T2<T3T3T1T2波長圖9-12半導體透射測量原理第四頁，共十頁，2022年，8月28日光纖環(huán)氧膠半導體反射膜利用半導體的吸收特性制作的光纖溫度傳感器的單端式探頭結構如圖。光纖中的入射光線經探頭頂部的反射膜反射后返回，在光路中放入對溫度敏感的半導體薄片對光進行吸收，則出射光強將隨溫度的變化而變化。第五頁，共十頁，2022年，8月28日例9-4膜片反射式光纖壓力傳感器光源接收Y形光纖束殼體P彈性膜片Y形光纖束的膜片反射型光纖壓力傳感器如圖。在Y形光纖束前端放置一感壓膜片，當膜片受壓變形時，使光纖束與膜片間的距離發(fā)生變化，從而使輸出光強受到調制。第六頁，共十頁，2022年，8月28日光纖被夾在一對鋸齒板中間，當光纖不受力時，光線從光纖中穿過，沒有能量損失。當鋸齒板受外力作用而產生位移時，光纖則發(fā)生許多微彎，這時在纖芯中傳輸的光在微彎處有部分散射到包層中.例9-5微彎光纖壓力傳感器微彎光纖壓力傳感器DSFF變形器光纖d第七頁，共十頁，2022年，8月28日原來光束以大于臨界角θC的角度θ1在纖芯內傳輸為全反射；但在微彎處θ2<θ1，一部分光將逸出，散射入包層中。當受力增加時，光纖微彎的程度也增大，泄漏到包層的散射光隨之增加，纖芯輸出的光強度相應減小。因此，通過檢測纖芯或包層的光功率，就能測得引起微彎的壓力、聲壓，或檢測由壓力引起的位移等物理量。θ1θn0n2n1θ2θ3第八頁，共十頁，2022年，8月28日例9-6光彈式光纖壓力傳感器圖9-17光彈性式光纖壓力傳感器1、7起偏器；2、81/4波長板；3、9光彈性元件；4、10檢偏器；5光纖；6自聚焦透鏡線偏振光光源1234P圓偏振光橢圓偏振光第九頁，共十頁，2022年，8月28日從光源發(fā)出的光經起偏器后成為直線偏振光。當有與入射光偏振方向呈45o的壓力作用于晶體時，使晶體呈雙折射從而使出射光成為橢圓偏振光，由檢偏器檢測出與入射光偏振方向相垂直方向上的光強，即可測出壓力的變化。其中1