文档介绍：第9章光纤传感原理与技术
本章主要内容
¾ 克服困难过程中带来的副产品—
光纤传感技术
¾ 光纤传感器概述
¾ 光纤传感原理
¾ 空间编码光纤干涉投影轮廓测量术
克服困难过程中带来的
副产品—光纤传感技术
光纤的问世,不仅使通信技术发生了一场革命,
也给传感技术带来了勃勃生机。光纤技术是现代光通
信、光传感以及分析测量领域的关键技术之一。通过
前面的学习,我们对光纤技术的发展概况、光纤理论
及应用已经有了较深入的了解。前面学习的几个模块
(光纤传输理论、光纤耦合知识、光纤光栅、光纤干
涉仪、光纤通信、光纤激光器与放大器)正是按着光
纤的发展过程来编排顺序,光纤传感之所以排在第九
章,正是因为它是继光纤通信之后产生的一种新技
术。光纤传感可以说是光纤通信的副产品。自从1970
年美国康宁公司研制成功了损耗为20dB/km的石英光
纤至今,光纤通信在数十年的发展过程中,克服了诸
多困难,显示出了光纤通信的强大竞争力。
我们知道光纤在光通信所起的作用只是传输光波,人们希
望它能无干扰、高信息量、平行、高速地传递信息,但是在此
过程中人们发现外界干扰易对光纤中的光子产生影响,使传输
信息受干扰,产生噪声污染,甚至失真。为此人们需要寻找原
因,排除干扰,正是在克服困难的过程中,随着对光纤的深入
研究,人们发现某些光纤的一些特点即易受温度、压力、电场
和磁场等环境的影响,从而会导致光强、相位、偏振态、频率
和波长等光参量的变化,而且光纤无需任何中间级就能感知外
界待测量,这正是光纤在光通信中表现出来的缺点。这时,人
们打破传统思维方式,利用换向思维方式转堵为疏,转克服为
利用,人们利用光纤这一特点,把它作为敏感外界信息的换能
器,感知外界信息,把待测量与光纤内的传导光联系起来,这
就构成了一种全新的直接交换信息的基础,从而产生了光纤传
感技术。
光纤传感器概述
¾ 什么是传感器?
¾ 什么是光纤传感器?
¾ 光纤传感器的优点
¾ 光纤传感器的基本工作原理
¾ 光纤传感器的构成框图
¾ 光纤传感器的分类及应用
¾ 光纤传感器的发展趋势
什么是传感器?
在当今高度信息化、自动化的社会里,每天
我们接触了大量的信息资源,需要对其进行开
发、利用和控制。其中有些研究对象无法直接测
量,必须借助于某些仪器进行变换,才能实现测
量目的,使棘手的监测难题得到解决,这些仪器
正是传感器。它是感知、获取、转换和检测信息
的窗口。它兼有传和感的双重功能,处于研究对
象和后续信号处理系统的接口位置,被喻为计算
机拾取信息的“五官”。
什么是光纤传感器?
光纤传感器(FOS)是众多传感器中的一
种,是以其所用功能材料光纤来命名的。光纤传光纤传
感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号
的装置。的装置。
光纤传感器的概念早在20世纪60年代中期就
出现了第一个专利,自20世纪70年代中期发展起
来至今,各种新光纤、光纤器件不断涌现,飞速
发展,激励了人们对光纤传感器的研究兴趣,各
种光纤传感器应运而生,种类繁多。
世界各先进工业国家已开发出百余种光纤
传感器,已涉及到国防军事、航空航天、工矿
农业、能源环保、生物医学、计量测试、自动
控制、家庭生活等各个领域。此外光纤传感器
能解决用其他技术难以解决的测量问题。如在
强电磁干扰环境中,电流和电压的测量;在极
高强度的电热和微波加热的辐射场中,温度等
参数的测量;在大型混凝土建筑物中,应力应
变的测量等。
z 军事传感器
光纤制导武器、光纤陀螺、光纤水听器、光纤加
速度计、光纤压力传感器、光纤灵巧蒙皮、光纤
战地化学传感器
z 智能系统
光纤机器人、电力继电保护与火灾报警、发动机
内部故障诊断、智能大厦
z 医用传感器
胃镜、外科手术监测
光纤传感器是用光而不是用电来作
为敏感信息的载体;用光纤而不是用导
线来作为传递敏感信息的媒质;因此光
纤传感器同时具有光纤及光学测量的一
些极宝贵的双重优点。