lctr波长调制型.pptx

Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors4.1 波长调制机理uu引起波引起波长变长变化光化光谱谱特性随外界物理量而特性随外界物理量而变变化化 荧荧光、磷光、黑体光、磷光、黑体辐辐射等大多数射等大多数为为非非功能型功能型 光光纤纤光光栅栅功能型功能型uu光光纤纤光光栅栅反射反射镜镜uu应应用用领领域通信、域通信、传传感、信息感、信息处处理理 光通信器件光通信器件uu半半导导体激光器、光体激光器、光纤纤激光器激光器uu光光纤纤放大器、放大器、滤滤波器波器uu波分复用波分复用/解复用器解复用器uu色散色散补偿补偿 传传感感 光学信息光学信息补偿补偿光学光学FourierFourier变换变换、相位、相位阵阵列天列天线线Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors传感应用uu光纤光栅传感器优优点：点：uu抗干抗干扰扰能力能力强强，稳稳定、可靠定、可靠uu传传感感头结头结构构简单简单、体、体积积小小uu测测量重复性好量重复性好uu可可实现绝对测实现绝对测量量uu便于便于规规模生模生产产、成网、成网不足：解不足：解调调系系统统昂昂贵贵、动态动态范范围围受限受限Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors应用实例Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors应用范围Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors应用范围Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors应用例Sensor for landslide movement(B-OTDR)Three anchors(FBG)Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors应用范围日本女子大学百年館外観（建設時）Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors应用例锚杆压力应变监测uu长期维护长期维护uu耐腐蚀寿命长耐腐蚀寿命长uu锚键锚体的应变监测锚键锚体的应变监测Anchor tendonAnchor BodyFBG标准应变测试仪FBG 应变传感器锚杆长 40mMins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors光栅标准具uuBragg波长：uu对于啁啾光栅：uu干涉条纹的占空比：Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors光纤传感器与智能材料uu传统材料强度要求uu现代材料“自检”的功能获获得材料及得材料及结结构的整体性、构的整体性、环环境条件等信息境条件等信息确定系确定系统统的运行情况、可靠性的运行情况、可靠性确定确定剩余寿命剩余寿命 uu提出“智能材料与结构”的概念 在材料和在材料和结结构的制造构的制造过过程中埋入程中埋入传传感元件和感元件和驱动驱动元件元件Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensorsuu智能结构对传感器的特殊要求微型化：保微型化：保证传证传感器的埋入感器的埋入不不会影响材料的会影响材料的性能（或影响很小）性能（或影响很小）高可靠：确保智能材料在整个高可靠：确保智能材料在整个“服役期服役期”能能正常有效地运行正常有效地运行网网络络化：以化：以实现实现多路复用或空多路复用或空间间分布式分布式测测量量使使传传感系感系统统可可获获取取较较大空大空间间范范围围内的内的传传感信感信息息 光纤传感器 Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors可用于智能结构的光纤传感器可用于智能结构的光纤传感器uu点式点式传传感器感器 光光纤纤FPFP传传感器、光感器、光纤纤BraggBragg光光栅传栅传感器等。感器等。优优点：点：传传感感头头尺寸小尺寸小结结构尺寸构尺寸 缺点：只局限于缺点：只局限于检测检测一个很小截面内的某一参量的一个很小截面内的某一参量的值值。uu积积分式分式传传感器感器 可用于可用于测测量一定范量一定范围围内某一参量的平均内某一参量的平均值值uu例如：光例如：光纤纤干涉干涉仪仪（MZMZ干涉干涉仪仪、MichelsonMichelson干涉干涉仪仪等）可用于等）可用于测测量量光光纤长纤长度范度范围围内内应变应变或温度的平均或温度的平均值值。用。用单单根高双折射光根高双折射光纤纤构成的光构成的光纤纤偏振干涉偏振干涉仪仪也属于也属于积积分式分式传传感器感器uu分布式分布式传传感器感器 可沿空可沿空间间位置位置连续测连续测量量单单、多参量的、多参量的传传感器。感器。主要特征参量是空主要特征参量是空间间分辨率和灵敏度分辨率和灵敏度 非非线线性效性效应应分布式光分布式光纤传纤传感器；高双折射光感器；高双折射光纤纤构成的分布式光构成的分布式光纤纤压压力力传传感器等感器等Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors光纤传感器用于智能结构的一些问题 uu光纤传感器的复用由多个点式由多个点式传传感器和（或）多个感器和（或）多个积积分式分式传传感器，感器，和（或）多个分布式和（或）多个分布式传传感器构成的一个复感器构成的一个复杂杂的的传传感系感系统统uu与智能结构的兼容性uu在智能结构中的分布uu在智能结构中应用的工艺研究 Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors传光型波长调制光纤传感器uu荧荧光、磷光光光、磷光光谱谱uu关关键键 光源和光源和频谱频谱分析器的性能分析器的性能系系统统的的稳稳定性和分辨率定性和分辨率uu光源：白光源：白炽炽灯、汞弧灯灯、汞弧灯 uu频谱频谱分析分析仪仪：光：光栅栅、棱、棱镜镜分光分光计计；干涉和染料；干涉和染料滤滤光器光器uu稳稳定性定性:比比值值运算，运算，补偿补偿系系统误统误差差 uu主要主要应应用用-医学、化学等医学、化学等领领域。域。人体血气的分析、人体血气的分析、pHpH值检测值检测 指示指示剂剂溶液溶液浓浓度的化学分析度的化学分析 磷光和磷光和荧荧光光现现象分析象分析 黑体黑体辐辐射分析射分析 法布里一帕法布里一帕罗滤罗滤光器等光器等 调制器被测参量分光计信号处理输出入射光纤出射光纤Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors光纤pH值传感器uu基本原理化学指示化学指示剂对剂对被被测测溶液的溶液的颜颜色色反反应应 uu探头结构指示指示剂剂的透明度的透明度uu红红色区域色区域对对pHpH值值非常敏感非常敏感uu在在绿绿色区域却与色区域却与pHpH值值无关无关 Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors设计实例uu绿绿光光(1(1558nm)558nm)作作为调为调制制检测检测光，光，红红光光(22630nm)630nm)作参考光作参考光uuL L为试剂长为试剂长度；度；pHpHpKpK，(pHpH酸碱度，酸碱度，pKpK酸碱平衡常数酸碱平衡常数)uu稳稳定性条件定性条件 光源和光探光源和光探测测器有足器有足够够高的高的温度温度稳稳定性定性准确度准确度 pHpH值值在在7-7.47-7.4的范的范围围内内仪仪器具有器具有0.010.01的分辨率的分辨率血液的血液的pHpH值值 采用不同的化学指示采用不同的化学指示剂剂，可，可测测量不同量不同pHpH值值范范围围的溶液。的溶液。Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors光纤磷光传感器uu原理原理:稀土磷光体稀土磷光体的磷光光的磷光光谱谱随温度随温度变变化而改化而改变变uu测测量方法：量方法：频谱频谱不同的光不同的光电电二极管二极管uu0.10.1的分辨率，准确度的分辨率，准确度为为 滤滤光片光片Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors传感头设计Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors黑体温度计uu非接触式测温技术：测量物体的热辐射能量表面温度uu探头结构 Mins Fiber Optic SensorsMins Fiber Optic Sensors光纤血气传感器uu血气值氧分氧分压压（MM）二氧化碳分二氧化碳分压压（pcpc）氢氢离子离子浓浓度（度（pHpH）