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光纤检测技术

光纤检测技术

光纤检测技术

光纤传感技术

光纤传感器技术的概况及其特点 常见光纤温度传感器基本原理 1. 荧光式温度光纤传感器 1.1 基本原理 荧光式温度传感探头具有抗电磁干扰、稳定可靠、微小尺寸、长寿命及绝缘性好等特点,光纤温度传感器是利用物质的荧光辐射现象设计的。通常设在光纤的一端固结着微量稀土磷化合物,受紫外光照射后,激励其发出荧光。此荧光强度或余辉时间长度会随温度变化而变化,成为温度的函数,从而计算出被测温度。 1.2荧光式温度传感原理 荧光式温度传感探头是由普通多模光纤和在其顶部安装的荧光物质体(膜)组成。荧光物质接受一定波长(受激谱)的光激励后,受激辐射出荧光能量。激励消失后,荧光发光的持续性取决于荧光物质特性、环境因素,以及激发状态的寿命。这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的,称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光衰落时间(ns)。因为在不同的环境温度下,荧光寿命也不同. 因此通过测量荧光寿命的长短,就可以得知当时的环境温度。 2. 光纤法布里-彼罗特(Fabry – Perot)传感器 2.1 法布里-彼罗特(Fabry – Perot)腔 法布里-彼罗特(Fabry –Perot)腔是一个常见的光学器件。它是光纤法布里-彼罗特传感器的核心,同时也被应用到光纤光栅传感器当中。了解它的原理和特点将有助于理解以上两种传感器的工作原理和不同应用。 在讨论技术细节之前,读者需要明确以下两点: 1.光在任何界面都会发生反射,在大多数情况下会发生折射。比如光会在水面反射,再比如当光线穿过一块玻璃的时候,会分别在一块玻璃的上下表面同时发生反射。 2.光具有波粒二象性。也就是说光拥有波长λ,相位θ等表征物理量。光在真空中所经过的路程叫做光程 L,当光经过介质,比如玻璃时,光程变为L=n*d。 n 为介质的折射率(均大于1), d 为光线经历的几何长度。同一单一光源发出的两束光(具有同样起始相位,且频率相同)如果再相遇,将发生干涉。如果他们的光程差是波长的整数倍,意味着他们的相位相等,则干涉的结果是强度增大(最大值)。如果他们的光程差是波长的整数倍+半波长,则干涉的结果是强度减弱(最小值)。对于其余情况,干涉后的强度在最大值与最小值之间。如果同样的干涉发生多次,最终一个均匀的宽频光,在绝大多数波长范围内的光强将变成0,而主要的强度将集中在光程差为整数倍的波长范围内。 所谓法布里-彼罗特(Fabry – Perot)腔就是一个两端为光反射界面的空腔。入射光在两个界面分别发生反射,这两束反射光的光程差就是 L=2Lc*n.? Lc是空腔的长度。由此可见,空腔长度决定光程差,光程差决定相位差,相位差又决定是干涉加强还是干涉减弱。当空腔长度变化的时候,对于同样波长的光,原先的相位差将改变。原先干涉加强极大的两束光将不再达到干涉极大。相反的,波长与原先不同的另外两束光将满足相位差是波长整数倍的条件,因而产生干涉极大。如果能够探测出前后两个干涉极大相应的波长差Δλ,便可计算出空腔长度的变化,从而实现传感。同时,如果两个界面的反射系数很高,也就是说光线在腔内将发生多次干涉,最终只有满足相干极大条件的波长分量得以不为0,其余分量都将

国内外光纤传感器的发展现状

国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者:iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况:光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况:光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展,这些是目前的研究热点;后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器(其中包括电力工业用高电压、大电流传感器,利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等)。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤,碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟,光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展,并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下,光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员,以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势,已迅速成长为年成交额超过10亿美金,并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议(OFS)及时报道着光纤传感领域的最新进展,并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 当前,世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向:原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟,对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化,许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段,距商业化有一定的距离,因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟,可靠性和成本已得到公认,并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的,所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势,其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势,FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅(FBG和LPG)型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起,已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力,而研究的焦点也转向解决高精度应用,完善解调和复用技术,以及降低成本等几个方向上。另一方面,由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性,使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件,因此,分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类:光(纤)层析成像技术(OCT,OPT)、智能材料(SMART MATERIALS)、光纤陀螺与惯导系统(IFOG,IMIU )和常规工业工程传感器。另外,由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求,新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前,我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位,仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中,比较成熟的技术包括:清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统,已经安装运行数年;北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统,目前指标为0.2°/hr ;中国计量学院研制的分布式光纤传感系统,已有产品报道;华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外,在广东、深圳等地,还建立了许多光纤无源器件生产厂

智能化振动光纤探测系统技术方案

智能化振动光纤探测系统技术方案 2017年

目录 第一章项目介绍 (3) 第二章系统安装 (5) 第三章产品介绍.......................... 错误!未定义书签。第四章系统功能.......................... 错误!未定义书签。第五章售后服务及承诺.. (15)

第一章项目介绍 1.1项目概况简介 “XXXXXX”位于XXXXXX,对XXXXXX的生命财产安全的重要性来说是不言而喻的,所以针对“XXXXXX”项目建设的重要性,我方按照“先进性、实用性、可靠性、兼容性、冗余性”的“五点”公司产品设计原则,提供具有安全、便捷、优质的生活、工作环境,而且将作为指导思想贯穿整个周界安防系统的方案中。 “XXXXXX”项目的周界大概XXX米,其中大门断开数X个,分XX个震动光缆防区。每个防区大概为XXX米,采取挂网式安装方式,振动传感光缆呈S型敷设,通过探测感应非法人员攀爬围栏入侵防范区域的振动信号,同时区分人入侵信号和其它振动误报源信号特征,排除误报源。构成有效的防翻越防御探测防范预警系统,采用武汉宇鸿安的震动光缆探测器。双防区震动光缆探测器安装在两个周界防区的中间,单防区安装在周界防区的起始端。每终端控制主机安装在机房或门卫或控制室,终端控制主机从机房或门卫或控制室两边走线采用光纤信号传输,探测器供电从机房或门卫或控制室分别提供AC220V电源,电源线从机房或门卫或控制室两边走线并用电源线RVV2.0*1.5传输或UPS电源,或从弱电井中取电。终端控制室用报警主机进行管理和软件管理平台信息查询,并联动周界报警电子地图,更直观更迅速了解入侵防区位置,有效打击犯罪行为。 随着社会的发展,人们安防意识的提高,现代化的安防技术得到了广泛的应用。在一些重要的区域,如军事基地、武器弹药库、监狱、银行金库、博物馆、油库、等处,为了防止非法的入侵和各种破坏活动,传统的防范措施是在这些区域的外围周界处设置一些(如铁栅栏、围墙、钢丝篱笆网等)屏障或阻挡物,安排人员加强巡逻。在目前犯罪分子利用先进的科学技术,犯罪手段更加复杂化、智能化的情况下,传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位安全保卫工作的需要。人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响,亦难免出现漏洞和失误。因此,安装应用先进的周界探测报警系统就成为一种必要措施。震动光缆系统是一种“有形”的报警系统,实实在在地给人一种威慑感觉,使入侵者增加一种心理压力,能对潜在的入侵行为进行预防和警示,从而把报警系统和警戒系统有机地结合起来,达到以防为主,防报结合的目的。目前已被广泛使用在周界安防领域,可做到事前威慑,事发时阻挡并报警,还能延缓外界的入侵时间,具有较强的安全可靠性。安装系统后,相当于在墙顶上形成一道“有形”的电子屏障,增加了围墙高度,使外人无法入侵,也使围墙内的人无法从墙面攀越逃离。

光电探测技术

第一章: 1,光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用? 光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储,显示,控制] 作用:光学变换:将被测量转换为光参量,有时需要光信号的匹配处理,目的是更好的获得待测量的信息。 电信号放大与处理的作用:存储,显示,控制。 第二章: 1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。 答:精密度高指偶然误差较小,测量数据比较集中,但系统误差大小不明确; 准确度高指系统误差较小,测量数据的平均值偏离真值较少; 精确度高指偶然误差和系统误差都比较小,测量数值集中在真值附近; 误差=测量结果-真值;不确定度用标准偏差表示。 2、朗伯辐射体的定义?有哪些主要特性? 答:定义:辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性:自然界大多数物体的辐射特性,辐亮度与观察角度无关。 3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。 答:灵敏度又叫响应度,定义为单位辐射度量产生的电信号量,记作R,电信号可以是电流,称为电流响应度;也可以是电压,称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中,测不同的辐射度量,应当用不同的响应度。 对辐射通量的电流响应度(AW-1 ) 对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E 对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L 量子效率:在单色辐射作用于光电器件时,单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比,为光电器件的量子效率。 NEP:信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位:W。物理意义:反映探测器理论探测能力的重要指标。 比探测率:定义;物理意义:用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。 第三章: 1、光源的分类及各种光源的典型例子;相干光源和非相关光源包括哪些? 答:按照光波在时间、空间上的相位特征,一般将光源分成相干光源和非相干光源;按发光机理可分为:热辐射光源,常用的有:太阳、黑体源、白炽灯,典型军事目标辐射;气体辐射光源,广泛用作摄影光源;固体辐射光源,用于数码、字符和矩阵的显示;激光光源,应用:激光器。相干光源:激光;非相关光源:普通光源。 2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求? 答:1.波长(光谱)特性2.发光强度(光功率)3.光源稳定性(强度、波长) 3、辐射效率和发光效率的概念及意义 答:在给定λ1~λ2波长范围内,某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比,称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率;某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比,就是该光源的发光效率。 4、色温,配光曲线的概念及意义 答:色温:如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同,则黑体的

光纤传感器的工程应用及发展趋势

光纤传感器的工程应用及发展趋势 摘要:对光纤传感器的应用概况进行了详细综述,总结比较了几种成熟的光纤传感器的优缺点。针对隧道的具体应用,提出了一套点面结合的综合技术解决方案。指出了目前光纤传感器在工程应用上急需解决的一些问题及其发展趋势。 关键词:光纤传感器;光纤光栅;安全监测 一.引言 近年来公路交通基础建设迅速发展,隧道和桥梁工程的建设规模大,环境条件复杂,建设速度快,所以对其长期运行的安全性必须进行在线监测,才能有效预防安全事故的发生,避免造成生命和财产的重大损失。公路隧道和桥梁的地质灾害不仅影响公路交通的安全,造成生命和财产的损失,而且影响经济的快速稳定发展。公路隧道和桥梁发生的灾害主要包括隧道局部的坍塌、渗漏以及火灾,桥梁局部裂缝、崩塌等。传感技术是这些工程安全监测的基础和支柱。而随着工程难度和环境条件日趋复杂,传统的传感技术已愈来愈显示出它的局限性,如抗干扰能力和抗恶劣环境能力差,长期稳定性差,难以实现现场非电、大容量、远程分布式、数字化监测等。光纤传感技术正是在这种背景下,自20世纪70年代初诞生以来,就受到了世界范围内的广泛重视,并取得了持续和快速的发展,成为这些大型工程安全监测的首选传感器。因此,近年来光纤传感器逐渐的代替了电阻应变片传感器,在大型土木工程中获得了广泛的应用[1-4]。 二.应用与发展概况 1989年美国布朗大学的Mendez 等人[5]首先提出了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测的可能性。之后,美国、加拿大、英国、德国、日本、瑞士等国,纷纷将光纤传感技术应用于桥梁等建筑物的安全监测。加拿大卡尔加附近的Beddington Trail 大桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一,16 个光纤光栅传感器贴在预应力混凝土支撑的钢增强杆和炭纤复合材料筋上,对桥梁结构进行长期监测。1999 年夏, 在美国新墨西哥Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上,安装了120 个光纤光栅传感器,创造了当时在一座桥梁上使用光纤光栅传感器最多的纪录。德国的GFZ Potsdam 开发的光纤光栅应变传感器用于探测岩石构成和岩石工程(包括隧道、洞穴、坑道、深层地基)的静态和动态应变,开发的光纤光栅地震成像系统用于地下煤矿坑道的安全监测等等。欧洲的STABILOS 计划中开发的光纤光栅传感系统用于对瑞士Mont-Terri 隧道和矿井主梁的长期静态位移监测等。近年来,以加拿大渥太华大学和瑞士联邦工学院为代表的分布式布里渊光纤传感技术(BOTDA/BOTDR)成为研究的热点,广泛

第二章 边坡工程监测

7 边坡工程监测 7.1 边坡监测的目的和意义 7.2 边坡监测的内容和方法及仪器选型 7.3 边坡变形监测 7.4 边坡应力监测 7.5 边坡地下水监测 ※7.1 边坡监测的目的 1、评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度,并做出有关预报,为崩塌、滑坡的正确分析评价、预测预报及治理工程等,提供可靠的资料和科学依据。 2、为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术依据,预测和预报今后边坡的位移、变形的发展趋势,通过监测可对岩土体的时效特性进行相关的研究。 3、对已经发生滑动破坏的边坡和加固处理后的滑坡,监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡处理工程效果的尺度。 4、为进行有关位移分析及数值模拟计算提供参数。 ※7.2 边坡监测内容和方法及仪器选型 7.2.1内容主要包括: (1)、施工安全监测在施工期对边坡的位移、应力、地下水等进行监测,监测结果作为指导施工、反馈设计的重要依据,是实施信息化施工的重要内容。 (2)、处治效果监测是检验边坡处治设计和施工效果、判断边坡处治后的稳定性的重要手段。一方面可以了解边坡体变形破坏特征,另一方面可以针对实施的工程进行监测。 (3)、动态长期监测在防治工程竣工后,对边坡体进行动态跟踪,了解边坡体稳定性变化特征、长期监测主要对一类边坡防治工程进行。 在实际工作中边坡监测的具体内容应根据边坡的等级、地质及支护结构的特点进行考虑,通常对于一类边坡防治工程,建立地表和深部相结合的综合立体监测网,并与长期监测相结合;对于二类边坡防治工程,在施工期间建立安全监测和防治效果监测点,同时建立以群测为主的长期监测点;对于三类边坡防治工程,建立群测为主的简易长期监测点。 7.2.2 边坡工程监测方法 边坡工程监测主要采用简易观测法、设站观测法、仪表观测法和远程监测法等四种类型。通过监测,深入了解边坡的变形机理,从而对地质灾害防治和加固处理的反馈以及对工程的影响等获取有关信息,通过监测资料的分析得到边坡变形的各种特征信息,分析其动态变化规律,预测边坡工程可能发生的破坏,为防灾减灾提供科学依据。

光电检测技术第二章习题答案

第二章习题答案 1、自发辐射:在没有任何的外界作用,粒子从高能态E2自发地辐射到低能态E1,同时发射出频率为ν、能量为12E E -=ην的光子,这个过程叫自发辐 射。所形成的光波相位不同,偏振方向不同,每个粒子所发出的光可能沿所有可能的方向传播。 受激吸收:处在下能级E1的粒子受到外来能量为12E E -=ην的光子的作 用,吸收这个光子而跃迁到E2能级的过程,称为受激吸收。 受激辐射:处在上能级E2的粒子受到外来能量为12E E -=ην 的光子的激励而跃迁到E1能级,并发射一个与外来光子一模一样的光子,这个过程称为受激辐射。受激辐射的光子与外来光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振态。 2、自发辐射所形成的光波相位不同,偏振方向不同,每个粒子所发出的光可能沿所有可能的方向传播,因此形成的是自然光。 受激辐射的光子与外来光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振态,形成的相干光。 3、白炽灯降压可以提高使用寿命。第二问题参见p17 4、第一问参见表2-3在普通紫外-可见光分光光度计(200~800nm )中,要选择照明光源,首先此光源要满足光谱要求,光谱范围必须在200~800nm ,其次就是光源的强度是否在普通紫外-可见光分光光度计的接收范围内,最后就是稳定性和结构等其他方面是否满足要求。 5、粉末电致发光、薄膜电致发光和结型电致发光(或称注入式发光)。第二问参见p20-22。 6、当加上正向偏压时,外加电压削弱内建电场,使空间电荷区变窄,载流子的扩散运动加强,构成少数载流子的注入,从而在PN 结附近产生导带电子和价带空穴的复合,且几率增加,。电子和空穴复合以光的形式辐射出来。 7、发光二极管是由P 型和N 型半导体组合成的二极管。在PN 结附近,N 型材料中的多数载流子是电子,P 型材料中的多数载流子是空穴,由于电子浓度不同,载流子扩散运动加强。这样,在PN 结型上,P 区由于空穴向N 区扩散运动而带负电荷,N 区电子向P 区扩散运动而带上正电荷,形成由N 区指向P 区方向

光纤传感器的三大要素

光纤传感器的三大要素 光纤传感器的原理: 在如今科学技术飞速发展的社会,光纤传感器的发展技术也是很受重视的,光纤传感器在各行业中的应用也不错,今天小编收集和整理了一些有关于光纤传感器的基本知识,希望大家都能好好的浏览以下的内容。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化,称为被调制的信号光,再过利用被测量对光的传输特性施加的影响,完成测量。(1)功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成(2)传光型——光纤仅仅起传输光的作用,它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。光纤传感器的测量原理有两种。(1)物性型光纤传感器原理,物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性,将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应,即光纤在外界环境因素,如温度、压力、电场、磁场等等改变时,其传光特性,如相位与光强,会发生变化的现象。因此,如果能测出通过光纤的光相位、光强变化,就可以知道被测

物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。激光器的点光源光束扩散为平行波,经分光器分为两路,一为基准光路,另一为测量光路。外界参数(温度、压力、振动等)引起光纤长度的变化和相位的光相位变化,从而产生不同数量的干涉条纹,对它的模向移动进行计数,就可测量温度或压等。(2)结构型光纤传感器原理,结构型光纤传感器是由光检测元件(敏感元件)与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质,所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。 光纤传感器的特点一。灵敏度较高;二。几何形状具有多方面的适应性,可以制成任意形状的光纤传感器;三。可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;四。可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;五。而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。光纤传感器的优点是与传统的各类传感器相比,光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质,具有光纤及光学测量的特点,有一系列独特的优点。电绝缘性能好,抗电磁干扰能力强,非侵入性,高灵敏度,容易实现对被测信号的远距离监控,耐腐蚀,防爆,光路有可挠曲性,便于与计算机联接。传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小

光纤传感器的应用及发展

文章编号:10044736(2004)02006304 光纤传感器的应用及发展 杨春曦,胡中功3,戴克中 (武汉化工学院电气信息工程学院,湖北武汉430073) 摘 要:简要介绍了光纤传感器的特点,综述了光纤传感器的发展以及近期国际上光纤传感器的研究和应用情况,最后描述了其前景和主要研究方向. 关键词:光纤传感器;应用;光纤布拉格光栅;温度测量中图分类号:TQ 174.75+9 文献标识码:A 收稿日期:20031013 作者简介:杨春曦(1976),男,贵州铜仁人,硕士研究生.3通讯联系人. 0 引 言 光纤传感器的历史可追溯到上世纪70年代, 那时,人们开始意识到光纤不仅具有传光特性,且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础,无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来.1977年,美国海军研究所(N RL )开始执行由查尔斯?M ?戴维斯(Charles M .D avis )博士主持的Fo ss (光纤传感器系统)计划[1],这被认为是光纤传感器问世的日子.从这以后,光纤传感器在世界的许多实验室里出现.由于其具有常规传感器所无法比拟的优点和广阔的发展前景,很多国家不遗余力地加大对光纤传感器的研究力度,也涌现出许多成果[2].但它仍存在诸如价格昂贵、技术不够成熟等瓶颈,这使得它在工程上的应用较少.最近涌现的很多成果无论是在价位上还是技术上都有了新的突破.随着新方法、新工艺不断被引入,大量低价位高性能光纤传感器面世,而光纤与其他学科理论相结合,不仅使光纤传感器在信号检测精度、传输减损、信号处理方面有了很大的提高,而且其应用领域也越加广阔.本文简要地介绍了光纤传感器的特点,并对光纤传感器近期的发展动态进行简要地概述. 1 光纤传感器的特点 光纤传感器由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成.众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等),这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变.如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,均会使这 些参量发生相应变化.光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小.一般光纤传感器按其作用不同可分为两种类型:传光型和敏感型.而按其检测方法不同主要又可分为两种类型:强度型和相位型.图1是光纤传感器的结构框图 . 图1 光纤传感器的结构框图 F ig .1 Structu ral diagram of fiber op tic sen so r 与传统的传感器相比,光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、本质安全及测量对象广泛等特点,而且在一定条件下可任意弯曲,可根据被测对象的情况选择不同的检测方法,再加上它对被测介质影响小,非常有利于在医药卫生等具有复杂环境的领域中应用. 2 光纤传感器在研究和工程中的应 用近况 2.1 光纤传感器的工程应用 光纤的优点和具体学科理论相结合,产生一大批应用范围更广、性能更好、价格相对低廉的各具特色的光纤传感器,在传统领域和新兴领域都得到很好的应用. 2.1.1 光纤传感器在化学和生物学中的应用 当前,在国外研究得比较多的化学和生物光纤传感器主要有光吸收型传感器,荧光型传感器和衰减波形光纤传感器三种. a .光吸收型传感器的工作原理是根据测定被测物对特定波长的光产生吸收以及吸收的强度来确 第26卷第2期 武 汉 化 工 学 院 学 报 V o l .26 N o.22004年6月 J. W uhan In st . Chem. T ech . Jun. 2004

光纤传感器的应用和发展

文章编号:100320794(2004)0820009202 光纤传感器的应用和发展 马天兵,杜 菲 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:主要阐述了光纤传感器的原理、特点及国内外的发展情况,介绍了在实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感器存在的问题,指出了今后发展的方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益的参考。 关键词:光纤传感器;测量精度;传感技术 中图号:T N253文献标识码:A 1 前言 自20世纪70年代以来,光纤传感器取得了飞速发展。由于它独特的优点,决定了可实现某些特殊条件下的测量工作,比常规检测技术具有诸多优势,是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一,它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2 光纤传感器的原理 光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。 光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点,即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好,而且测量对象广泛。因此,在传感器行业中,光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面,这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差,使得其实用范围受到限制。 3 国内外光纤传感器的发展概况 由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视,各国家更是竟相研究开发并引起激烈的竞争。 美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家,在军事和民用领域的应用方面,其进展都十分迅速。在军事应用方面,研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NAS A)的有关部门负责,并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数,监测桥梁和重要建筑物的应力变化,检测肉类和食品的细菌和病毒等。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”,该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。20世纪90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。 我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究,其起步时间与国际相差不远。目前,已有上百个单位在这一领域开展工作,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究,取得了上百项科研成果,其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值,有的达到世界先进水平。每年发表的论文、申请的专利也不少。但与发达国家相比,我国的研究水平还有不小的差距,主要表现在商品化和产业化方面,大多数品种仍处于实验室研制阶段,不能投入批量生产和工程化应用。 4 光纤传感器的应用 光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年 ? 9 ?  2004年第8期 煤 矿 机 械

光纤传感器在温度测量中的应用

光纤传感技术是伴随光通信的迅速发展而形成的新技术。在光通信系统中,光纤是光波信号长距离传输的媒质。当光波在光纤中传输时,表征光波的相位、频率、振幅、偏振态等特征参量,会因温度、压力、磁场、电场等外界因素的作用而发生变化,故可以将光纤用作传感器元件,探测导致光波信号变化的各种物理量的大小,达就是光纤传感器。利用外界因素引起光纤相位变化来探测物理量的装置,称为相位调制传感型光纤传感器,其他还有振幅调制传感型、偏振态调制型、传光型等各种光纤传感器。 与其他传感器相比,光纤传感器的特点是:抑抗电磁干扰,电绝缘性能好,耐腐蚀,安全可靠。因此可用于强电磁干扰,燃易爆,强腐蚀等环境中。灵敏度高、重丝轻、体积小、光路可变等。光纤传感器测温技术是近年才发展起来的新技术,并已逐渐显露出某些优异特性。可是,正象其他新技术一样,光纤传感器技术并不是万能的,它不是用来代替传统方法,而是对传统测温方法的补充与提高。充分发挥它的特长,就能创造出新的测温方案与技术应用的场合。 光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术。是20世纪70年代中期以来国际上发展最快的高科技应用技术。光纤传感器与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质。以其独有的特质而得以广泛应用,不难看出光纤传感器未来将会有较广阔的应用前景。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台,正品现货、优势价格、迅捷配送,是一站式采购的工业品商城!具有10年工业用品电子商务领域研究,以强大的信息通道建设的优势,以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力,为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型,报价,采购,参数,图片,批发等信息,请关注艾驰商城。http://www.iacmall.com/

光电检测技术课后部分答案

第一章 1.举例说明你知道的检测系统的工作原理 激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字,会使荧光字产生一定波长的激光,通过对此 激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难,故用于辨伪很准确。 2.简述光电检测系统的组成和特点 组成:(1)光学变换:时域变换-------调制振幅,频率,相位,脉宽 空域变换-------光学扫描 光学参量调制:光强,波长,相位,偏振 形成能被光电探测器接收,便于后续电学处理的光学信息。 (2)光电变换,变换电路,前置放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息(电信号的放大和处理)(3)电路处理 放大,滤波,调制,解调,A/D,D/A,微机与接口,控制。 第二章 1.试归纳总结原子自发辐射,受激吸收,受激辐射三个过程的基本特征。 自发辐射:处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间,就自发地跃迁到较低能级中去,同时辐射出光子。 受激辐射:在外来光的作用下,原子从激发态能级跃迁到低能级,并发射一个与外来光完全相同的光子。 受激吸收:处于低能级的原子,在外来光的作用下,吸收光子的能量向高能级跃迁。 2.场致发光(电致发光)有哪几种形式,各有什么特点 结型电致发光(注入式发光):在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极,n区接电源负极)时,引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区,空穴由p区流入n区,发生了电子和空穴复合而产生发光。 粉末电致发光:这是在电场作用下,晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。两电极夹有发光材料 薄膜电致发光:薄膜电致发光和粉末电致发光相似,也是在两电极间夹有发光材料,但材料是一层根薄的膜,它和电极直接接触,不混和介质。 3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光 加正向偏压时,外加电压削弱内建电场,使空间电荷区变窄,载流子的扩散运动加强,构成少数载流子的注入,产生电子和空穴的复合,从而释放能量,并产生电致发光现象。 4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数,电子空穴对数,半导体材料的折射率有 关。 5.简述半导体激光器的工作原理,它有哪些特点,对工作电源有什么要求

光电探测技术与应用第一章课后习题与答案

光电探测技术与应用 第一章课后习题答案(部分) 1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别?有哪些相同点和联系? 答:光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射度学:是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制,其概念和方法适用于整个光辐射范围(红外、紫外辐射等必须采用辐射度学)。光度学:是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上,是一种心理物理法的测量,故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。 1.2一支氦-氖激光器(波长为63 2.8nm )发出激光的功率为2mw 。该激光束的平面发散角为1mrad ,激光器的放电毛细管直径为1mm 。 (1)求出该激光束的光通量,发光强度,光亮度,光出射度。 (2)若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上,该漫反射屏的反射比为0.85,求该屏上的光亮度。 解:① 该激光束的光通量 328.0102240.0683)(3-???==e m v V K φλφLm (流明) 发光强度 )1028.3(102.44 /)101(328.05523??=?=?Ω=-πφv v I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54 /)101(102.41111235 ??=??=?=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44 /)101(328.0?=?=?=-πφS M v v Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小: 52321085.7)10110(4 14.3)(4--?=??=?=θπ L S m 2 反射光功率为: 33'107.110285.0--?=??==P P ρW 反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=???==-λφV K P m v Lm 漫反射屏可以看作是个朗伯体,其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ,由于朗伯体的光亮度与方向无关,所以:

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

2008年9月中国医学物理学杂志Sep .,2008 第25卷第5期 ChineseJournalofMedicalPhysics Vol.25.No.5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅1,陈洪耀2,3,尹国盛2(1.漯河医学高等专科学校,河南漯河462000;2.河南大学物理与电子学院,河南开封 475004;3.中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031) 摘要:目的:本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类,重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、pH值等五方面的应用。方法:光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区,在调制区内,外界被测参数与进入调制区的光相互作用,使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光,再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类:一类是传光型传感器,另一类是传感型传感器。结果:目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点:小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束,就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后,扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的,且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时,血管镜可提供很多重要的信息,用以引导激光辐射的方向,选择激光的能量和持续时间,并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断,也正进入治疗领域中,例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径,但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制,而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测,从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞,也不会过低达不到治疗目的,使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论:光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用,为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高,不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。 关键词:光纤传感器;测量;医学;应用中图分类号:R312 文献标识码:A 文章编号:1005-202X (2008)05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors SUNSu-mei1,CHENHong-yao2,3,YINGuo-sheng2 (1.LuoheMedicalCollege,LuoheHe'nan462000,China;2.ChinaPhysicsandElectronicsCollege,He'nanUniversity,KaifengHe'nan475004,China;3.TheAn'huiInstituteofOpticsandPrecisionMechanics,TheChineseAcademyofSciences,HefeiAnhui230031,China) Abstract:Objective:Thisarticlesimplyintroducedthebasicprincipleoffiberopticsensoranditsapplicationespeciallyonmedicalinbloodpressure,thespeedofflow,thepHvalueetc.Method:Thefiberopticsensorbasicprincipleisthelightwhichsendsoutthephotosourcesendsinafterthefiberopticthemodulationarea,inthemodulationarea,theoutsidewasmeasuredtheparameterwithentersthemodulationareathelighttoaffectmutually,causesthelighttheintensity,thefrequency,thephase,thepolarizationtooccurchangesintothesignallightwhichmodulates,againpassesthroughthefiberoptictosendinthelightdetector,thedemodulatorobtainsismeasuredthephysicalquantity.Thefiberopticsensormaydivideintotwokindsaccordingtoitssensingprinciple:onekindisthelight-passingsensor;theotheristhesensingsensor.Result:Atpresent,themainapplicationinthemedicineisthelight-passingfiberopticsensor.Themainadvantagesoffiberoptic sensorare:exquisite,insulation,notinfluencedbytheradiofrequencyandthemicrowave.Themeasuringaccuracyish igh.Theimagetransmissioninmedicalisthespecialpartof theapplicationonthetransmissionmodesfiberopticsensor.Onlytieaplentyoffiberoptictocompositionfiberoptics,wecouldmakethesensorwhichcancausetheimagespace 收稿日期:2008-03-10 作者简介:孙素梅(1954-),女,漯河医学高等专科学校物理教研室 副教授。Tel :0395-296452713939575106;E -mail : sunsumei2007@126.com 。 846--

光纤传感器用途

光纤图像传感器是采用传像束来实现的。传像束由玻璃光纤按一定规则排列而成。在一条传像束中,包含了数万条甚至几十万条直径为10~20μm的光纤,每一条光纤传送一个像素信息。用传像束可对图像进行传递、分解、合成和修正。传像束式的光纤图像传感器在医疗、工业和军事等部门有着广泛的应用。 (一)工业用的内窥镜 在工业生产过程中,经常需要检查系统内部的结构情况,而这种结构由于各种原因不能打开或不能靠近观察。采用光纤图像传感器将探头放入系统内部,通过光束的传输,可以再系统外部观察、监视系统内部的情况,其中一种结构由物镜、传像束、传光束、目镜组成。光源发出的光通过光束照射到被测物体上,照明视场,通过物镜和传像束把内部结构图像传送出来,以便观察和照相。另一种结构是内部结构的图像通过传像束送到CCD器件,这样可把光信号转换成电信号,送入微机进行处理,并可通过微机输出控制伺服装置,以实现跟踪扫描,其结果也可实时显示、打印。 (二)医用内窥镜 医用内窥镜由末端的物镜、光纤图像导管、顶端的目镜和控制手柄组成。照明光是通过图像导管外层光纤照射到被观测物体上,反射光通过传像束输出。由于光纤柔软、自由度大,末端通过手柄能控制偏转,传输图像失真小,因此,他是检查和诊断人体内部各种疾病和进行某些外科手术的重要仪器。 更多光纤传感器应用请登陆传感器之家。 参考资料:ii。www.sensorshome.com。ii 我就是做光纤传感器(OFS)的,OFS在应用上分为传光型的和传感型的。顾名思义,前一种就是起到传输光的作用,传感元件要与光纤连在一起;后一种就是既有传输光的作用,又有传感作用。现在研究热点几乎都是后一种,所以我就简单介绍下后一种,因为光纤传感器作为传感用有很多的应用,比如抗腐蚀,抗电磁干扰等,可以在复杂恶劣的环境下使用。作为传感用的光纤,原理上就是通过对传输光的偏振,强度,相位,波长,周期,频率等进行调制,通过检测器获得调制结果而进行传感的器件。因为当外界的环境变化时,比如说温度,应力、磁、声、压力、温度、加速度等都会对光纤的折射率分布等一些构造产生微小的影响,导致传输光的特性发生改变,通过探测这些改变而得到外界的变化,起到传感作用。 至于应用方面就很广泛了,几乎可以应用到现在大多数电学传感器应用的领域了,比如现在比较火的是安防,围界安全,输油管道安全实时监控等,反正应用前景很广的。有具体想问的可以联系我,因为我就在做这方面 光纤传感器国内有哪些高校在研究,有没有知名专家? 很多啊,例如天津大学刘铁根 武汉理工大学姜德生 成都电子科技大学饶云江 南京大学张旭萍 中国计量学院 还有不少研究所也在做这个方面。 还有不少,网上都能搜到的,其中刘铁根和姜德生是院士。做得都很不错 光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化,称为被调制的信号光,在经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。 光纤传感器应用:磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。 见百度百科http://baike.baidu.com/view/251998.html?wtp=tt

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