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光纤传感器的分类及其应用原理_丁小平

第26卷,第6期光谱学与光谱分析Vol 26,No 6,pp1176-1178

2006年6月 Spectro sco py and Spectr al Analysis

June,2006

光纤传感器的分类及其应用原理

丁小平1,王薇1,付连春2

1.首都师范大学物理系,北京 100037

2.中国纺织科学研究院北京中纺化工有限公司,北京 100025

摘要光纤传感器是一种有广泛应用前景的新型传感器。文章介绍了光纤传感器的基本原理、分类及其优点。并分别阐述了光强调制型、相位调制型和偏振态调制型光纤传感器的应用原理及基本特点。主题词光纤传感器;调制;相位;偏振态

中图分类号:T H744 1 文献标识码:A 文章编号:1000-0593(2006)06-1176-03

收稿日期:2004-09-08,修订日期:2004-12-28

作者简介:丁小平,女,1950年生,首都师范大学物理系副教授

引言

光纤传感器是近几十年来迅速发展起来的一种新型传感器。它具有抗电磁干扰、电绝缘性好、灵敏度高、重量轻、能在恶劣环境下工作等一系列优点,因而具有广泛的应用前景。目前已有测量温度、压力、位移、加速度、电流等多种物理量的光纤传感器问世。本文从光纤传感器的类别出发,介绍光强调制型、相位调制型、偏振态调制型等几类光纤传感器的应用原理及基本特点。

1 光纤传感器及其分类

光纤是利用光的全反射原理来引导光波的。当光波在光纤中传输时,表征光波的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等),会由于被测参量(温度、压力、加速度、电场、磁场等)对光纤的作用而发生变化,从而引起光波的强度、干涉效应、偏振面发生变化,使光波成为被调制的信号光,再经过光探测器和解调器从而获得被测参量的参数。

光纤传感器可以按传感原理分为两类,一类称为功能型传感器,它的光纤对被测信号兼有敏感和传输的作用,即它具有传与感合一的特点。另一类称为非功能型传感器,它的光纤仅起传输的作用,而对被测信号的感觉则是利用其他光学敏感元件来完成的。光纤传感器还可以按光波在光纤中被调制的原理分为:光强调制型、相位调制型、偏振态调制型和波长调制型等几种形式。下面介绍这几种光纤传感器的应用原理及其基本特点。

2 光纤传感器的应用原理

2 1 光强调制型

这是一种利用被测量的变化引起光纤中的光强发生变化的光纤传感器。能够引起光纤中光强发生变化的因素有:改

变光纤的微弯状态,改变光纤对光波的吸收特性,改变光纤包层的折射率。下面分别讨论利用以上三个因素制成的光强调制型光纤传感器的应用原理。

2 1 1 改变光纤的微弯状态

利用微弯效应制成的光纤位移传感器的原理如图1。它是利用多模光纤在受到弯曲时,一部分芯模能量会转化为包层模式能量这一原理,通过测包层模式能量的变化来测量位移。例如:利用这一原理制成的光纤报警器,其基本原理是光纤呈弯曲状织于地毯中,当有人站在地毯上时,地毯弯曲状加剧,引起光纤光强变化,产生报警信号。研制这类传感器的关键在于确定变形器的最佳结构,最佳结构一般通过实验确定。

Fig 1 The principle sketch of slightly curved

fiber -optic sensor

1:Laser;2,4:De -mode;3:Dis tortion;5:Light detector

2 1 2 改变光纤对光波的吸收特性

X 射线和射线会使光纤材料的吸收损耗增加,从而使

光纤输出功率减小。利用这一原理可以制成光纤辐射传感器,用于核电站大范围的监测。与此类似的还有光纤紫外光传感器。紫外光照射会使光纤激发荧光,由荧光强弱探测紫外光强。这一类传感器的关键是要制作特殊光纤。2 1 3 改变光纤包层的折射率

图2是一种全内反射光纤传感器原理图。它的光纤端面的角度被磨成恰好等于临界角。从纤芯输入的光将从端面全

反射,经反射镜再沿原路返回输出。当被测参量(折射率、浓度、温度等)发生变化时,光纤端面包层的折射率发生变化,全反射的条件被破坏,因而输出光强下降。由此原理可制成光纤液体浓度传感器,

光纤折射率计等。

Fig 2 The principle sketch of f iber -optic reflecting sensor

1:Laser;2:Fiber reflecting;3:Light detector;4:Display

2 2 相位调制型

这类传感器的基本原理是利用被测参量对光学敏感元件的作用,使敏感元件的折射率、传感常数或光强发生变化,从而使光的相位随被测参量而变,然后用干涉仪进行解调,即可得到被测参量的信息。用以上原理制成的光纤干涉仪可测量地震波、水压(包括水声)、温度、加速度、电流、磁场等,并可检测液体、气体的成分。这类光纤传感器的灵敏度很高,传感对象广泛(只要能对干涉仪中的光程产生影响均可以传感),但是需要特种光纤。这主要是针对光纤干涉仪中为获得干涉效应要采用单模光纤,最好采用双折射率单模光纤,并且为了使光纤干涉仪对被测物理量进行增敏 ,对非被测物理量进行去敏 ,需对单模光纤进行特殊处理,以满足测量不同物理量的要求。图3是M ichelson 光纤干涉仪,它利用一个光纤定向耦合器构成双光束干涉仪,两光纤之一为参考臂,另一为传感臂。被测参量的变化可直接引起干涉仪中传感臂光纤的长度L (对应于光纤的弹性变形)和折射率发生变化,从而引起光纤中光波相位的变化。若把磁致伸缩材料或压电材料固定在传感臂上,则可利用它们对光纤引起的压力变化来测量弱磁场或弱电场。若在传感臂上镀上金属薄膜,则可利用电流的热效应来测量电

流。

Fig 3 The principle sketch of michelson

fiber -optic interferometer

1:Laser;2:Fib er direction al cou pler;3:Sen sor arm;4:Reference arm;5:Reflector;6:Light detector

2 3 偏振态调制型

被测参量可使光纤中光波的偏振态发生变化,检测该种变化的光纤传感器称为偏振态调制型。最典型的是测量大电流用的光纤电流传感器。基本原理是利用光纤材料的法拉第

效应,即光纤处于磁场中,磁场使光纤中光波的偏振面旋转,旋转角与磁场强度H 、磁场中光纤的长度L 满足: =K H L ,K 为光纤材料系数。由长直载流导线在周围空间产生的磁场H =I /2 R (R 是光纤与载流导线间的垂直距离),则 =KL I /2 R 只要测出 ,L ,R 即可求出导线中的电流。图4为其原理图。这种测电流的方法测量范围大、灵敏度高、与高压线无接触,使输入输出端实现了电绝缘。但是目前实际测量还存在一些问题,主要是受外界温度、压力变化等影

响,光纤本身会产生双折射效应,

从而引起测量误差。

Fig 4 The principle sketch of current fiber sensor

1:Las er;2:Polarizer;3:Convex lens;4:Fib er -optic;5:High -pressu re current carrier lead;6:Polarization analyzer;7:Receiver;8:Sign al process or

3 光纤传感器的优点

和以电为基础的传统传感器相比,光纤传感器具有以下优点。

(1)高灵敏度:例如目前用的M ach -Zehnder 光纤干涉仪能检测0 1 rad 的相位差,若光源的波长为1 m,相当于10-14m 光程差。即采用干涉型光纤传感器可测非常小的物理量。

(2)抗电磁干扰:一般电磁辐射频率比光波频率低的多,所以在光纤中传播的光不受一般电磁噪声的影响,此外光纤中的渐衰场只限于在包层中离纤芯数微米处,而通常光纤包层都在10 m 以上,因此在多芯光缆中纤芯间具有良好的抗电磁串音性能。

(3)电绝缘性和化学稳定性:光纤本身是一种化学性能稳定的高绝缘物质,且敏感元件可以做成电绝缘和电无源元件。因此光纤传感器不仅化学稳定性好,而且电绝缘性能也

高,特别适用于电力工业和化学工业中需要高压隔离和易燃

易爆的恶劣环境。

(4)良好的安全性:光纤传感器的敏感元件是电无源的,故在生物体内测量时,不存在漏电和电击的危险。故近年来医用光纤传感器十分活跃。

此外光纤损耗小、频带宽,具有高的数据传输率,并且具有几何形状灵活,易于远距离监控和多功能传感等优点,使得它在地质探矿、石油勘探、地震波检测、军事制导等领域有着极为重要的应用。

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第6期光谱学与光谱分析

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参考文献

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Classification and Application Principles of Optica-l Fibre Transducer

DIN G Xiao-ping1,W A NG Wei1,FU L ian-chun2

1.Depar tment o f Physics,Capital N or mal U niver sity,Beijing 100037,China

2.China T ex tile Academy-T EX Chemicals,Beijing 100025,China

Abstract O ne of the new transducers is o ptica-l fiber tr ansducer,w hich has a w idey ing application pr ospect.T he present paper describes the pr inciples,classifications and adv antag es of the fiber senso r,and also r epo rts the basic featur es and the outline of the application of the fiber senso rs in ty pes of intensity,phase and polarization modulatio n.

Keywords O ptica-l fiber senso r;M odulatio n;Phase;P olarizatio n

(Receiv ed Sep.8,2004;accepted Dec.28,2004)

光纤传感器

光纤传感器 ①光纤传感器的基本原理光纤传感器通过光导纤维把输入变量转换成调制的光信号。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，就可测量温度或压力等。图1 物性型光纤传感器工作原理示意图 (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。图2 结构型光纤传感器工作原理示意图

(3) 拾光型光纤传感器原理用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。图3 拾光型光纤传感器工作原理示意图 ②光纤传感器的优点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。 (1) 电绝缘性能好。 (2) 抗电磁干扰能力强。 (3) 非侵入性。 (4) 高灵敏度。 (5) 容易实现对被测信号的远距离监控。 (6) 耐腐蚀，防爆。 (7) 光路有可挠曲性，便于与计算机联接。 (8) 结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。

光纤式传感器

光纤式传感器传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。一、光纤传感器的基本原理及组成光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量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、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可

直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。

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一文深度了解光纤传感器的应用场景文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。二、光纤光栅传感器目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干

涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。四、光纤水听器光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有

基恩士光纤传感器的分类及原理

基恩士光纤传感器的分类 KEYENCE光纤传感器根据光受被测对象的调制形式可以分为：强度调制型、偏振态制型、相位制型、频率制型；KEYENCE光纤传感器根据光是否发生干涉可分为：干涉型和非干涉型；KEYENCE光纤传感器根据是否能够随距离的增加连续地监测被测量可分为：分布式和点分式；根据光纤在传感器中的作用可以分为：一类是功能型（传感型）传感器; 另一类是非功能型（传光型）传感器。基恩士光纤传感器的原理 KEYENCE光纤传感器光纤布拉格光栅传感器（FBS）是一种使用频率最高，范围最广的光纤传感器，这种传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长。光纤布拉格光栅是通过全息干涉法或者相位掩膜法来将一小段光敏感的光纤暴露在一个光强周期分布的光波下面。这样光纤的光折射率就会根据其被照射的光波强度而永久改变。这种方法造成的光折射率的周期性变化就叫做光纤布拉格光栅。当一束广谱的光束被传播到光纤布拉格光栅的时候，光折射率被改变以后的每一小段光纤就只会反射一种特定波长的光波，这个波长称为布拉格波长，这种特性就使光纤布拉格光栅只反射一种特定波长的光波，而其它波长的光波都会被传播。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。https://www.wendangku.net/doc/7f9267035.html,/

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ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．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．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．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@https://www.wendangku.net/doc/7f9267035.html, 。 846--

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

光纤传感器的位移特性

光纤传感器的位移特性实验报告一、实验目的了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、基本原理本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、需用器件与单元光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。四、实验步骤 1、根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。图1-6光纤传感器安装示意图

2、将光纤实验模板输出端V O1与数显单元相连，见图1-7。图1-7光纤传感器位移实验接线图 2、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 3、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调R W、使数显表显示为零。 4、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-4。表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据 X（mm） V(v) 5、根据表9－1数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。五、实验数据处理 1、实验数据： X(mm) 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 V（v）0.00 0.08 0.19 0.32 0.45 0.59 0.76 0.92 1.13 1.27 X(mm) 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 V（v） 1.39 1.50 1.59 1.65 1.70 1.78 1.84 1.88 1.91 1.91

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

光纤传感器结构原理及分类

光纤温度传感器 1、光纤传感器结构原理以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，即 A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率； φ——光相位；t——光的传播时间。可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 2、光纤传感器的分类

注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型（1）根据光纤在传感器中的作用光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。 1）功能型（全光纤型）光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤) 作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感” 的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。 2）非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。

光纤传感器的主要应用领域

关于传感系统中光纤的应用有基本其实本站早就有探讨过。对于光纤的传输特性，在传感器技术中的要求与其在工业中应用中是不同的：邮政，电报等方面的应用中不希望的（如损耗），在传感技术中恰恰是可以利用的。在光纤传感技术中，为了获得所期望的灵敏度，可以将光纤“增敏”或者“去敏”，就是比如果只是采用通讯用普通光纤，那么光纤传感器性能将受到限制。根据传感技术的需虽选用新的材料、设计特殊结构的专用光纤是光纤传感技术发展的一个基础课题。传感器的概念并不陌生，可以类似人的眼睛就是一种传感器。人步行时，要用眼睛观察道路状况，由大脑作出判断并控制着步行的方向和行动，这样才能保证安全行走。在人类有目的指向的行为中，关于目标的识别和判断都是必不可少的。在工程技术中控制和测量的关系也是如此：要实现准确的自动控制，必须从工程对象那里得到信息，在其基础上作出准确的判断。微型计算机的发展不仅带来了计测技术本身的高度发民同时也促进了高可靠快自动控制机器的发展与普及。无论是计测还是控制，其最重要的部分都是作为来自待测目标的信息入口的传感器。随着对于计测和控制方面的要求越来越民相应的实现各种目的传感器的研制开发都迅速展开。至于光纤传感器，可以这样定义：一种用来检测光在光纤中传播时，因光纤的全部或部分环节所在环境（物理量或化学置或生物虽等）的变化带来的光传榆特性改变的装置。光纤传感器与传统的各类传感器相比，有独特的优点。光纤本身用作基本传感器，具有高灵敏度，抗电磁干扰，耐腐蚀、防爆及不干扰被测场等特点;光纤作为传感信号的传送系统，与传统的金属线路相比，具有抗电磁场相地球环流的干扰、可靠住高、安全及可长距离传送等优点;并且便于与计算机连接、与光纤传输系统组成遥测网络;加之光纤传感器结构简单、体积小、重量，因此光纤传感器有着广泛的应用潜力。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。https://www.wendangku.net/doc/7f9267035.html,/

光纤传感的基本原理及应用实例

光纤传感的基本原理光纤不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接地发生变化，从而可将光纤用作传感元件来探测这种物理量。这就是光纤传感器的基本原理。光纤传感器的应用实例 1.光纤传感技术在电力系统的应用：在电力系统中，光纤传感器致力于解决对庞大而复杂的大容量、超高压和特高压传输系统进行电参量传递、准确、在线、实时监测、设备隐患的报警和排除以及安全防护及网络自动化控制等问题。 2.光纤传感技术在石油和化工行业的应用：光纤传感器在石油与化工行业中主要用于三个方面：石油地震勘测中地震波的探测；石油采集过程中温度、压力、油水含量、油的剩余量等的监测；石油化工产品生产过程中温度、压力、流量等参量的监测。 3.光纤传感技术在工程上是应用：光纤传感器由于能实现空间立体监测和连续性监测，在大型土木工程的安全监测上已经得到了越来越多的重视。 4.光纤传感技术在国防军事上的应用：光纤传感技术的国防军事应用引起了各国军方的重视，光线制导导弹、光线遥控武器、光纤陀螺、光纤水听器等发展较早的技术将能逐步装备部队。 5.管线传感技术在医学上的应用：生物医学上，光纤广泛应用于传输各种医学影像的图像，主要是生医传感器有光血压传感器、医用内窥镜以及应用于组织和细胞的光谱分析激光器等。光纤照明技术原理和应用情况室外的自然光透过采光罩导入到照明系统中进行重新分配，经过光导管（光纤）传输和强化后由系统底部的末端附件（室內末端投射装置)把自然光均匀高效的照射到室内，带来自然光照明的特殊效果。集光器(即采光罩)安装在屋外可以整日不受任何限制随时采光，使集光效率发挥到最大。但是也可以加装太阳方位追踪器，可使集光器集光效果提升。光纤照明的特点 : 1.光纤照明可以通过滤光装置获得我们所需要的各种颜色的光,以满足不同环境下对光色彩的需求. 2.由于光纤的自身特性和光的直线传播原理一样,光纤在理论上可以把光线传播到任何地方,

反射式光纤传感器原理操作步骤

五、注意事项 1.不得随意摇动和插拔面板上的各种元器件，以免造成实验仪不能正常工作。 2.光纤传感器弯曲半径不得小于5㎝，以免折断。 3.旋动螺旋测微丝杆尾帽中出现咔咔声表示不能继续前进，不能超过其量程。 4.在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。 5.不得用手触摸反射面，以免影响实验结果。六、实验操作 1）光路与机械系统组装调试实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。图3 光纤传感器安装示意图 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路不接调零电路，输出端U0接入电路板上电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.选择智能可调档位200mv或者2v档位。 5.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 6.关闭电源。 2）发光二极管驱动实验1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把发射部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 3）光电探测器PD接收实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把接收部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 4）光纤位移传感器输出信号放大处理实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路接调零电路，输出端U0接入电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面某一距离后维持不动，调节增益旋钮，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 5) 光纤位移传感器输出信号误差补偿电路 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座 7

光纤传感器的分类及特点

1 光纤传感器基本原理随着工艺水平的提高，光纤技术目前相对成熟。光纤传感器即为应用光纤传输的基本原理组合的一个广电感应系统。通常的光纤传感系统由光源、光导纤维、光传感元件，光调制元件和信号处理部分组成[3]。其工作原理如下图所示：光源发出的光经过光导纤维进入光传感元件，而在光传感元件中受到周围环境场的影响而发生变化的光再进入光调制机构，由其将传感元件测量的参数调制成幅度、相位、偏振等信息，这一过程称为光电转换过程，最后利用微处理器进行信号分析。如前所述可以看出光纤传感器的传感机理和电磁传感器的传感机理是相似的，但是光纤传感器由于其测量信号的载体是激光，其在光导纤维内部传播，很难受到外界电磁场干扰，因此适合复杂工况下的检测，且操作方便灵活，信号输出自动化。 2 光纤传感器的分类及特点 2.1 光纤传感器的分类 2.1.1 光纤传感器的分类有不同的方式按光纤在光纤传感器中的作用可分为传感型和传光型两种类型。传感型光纤传感器的光纤不仅起传递光作用，同时又是光电敏感元件。由于外界环境对光纤自身的影响，待测量的物理量通过光纤作用于传感器上，使光波导的属性(光强、相位、偏振态、波长等)被调制。传感器型光纤传感器又分为光强调制型、相位调制型、振态调制型和波长调制型等。 2.1.2 传光型光纤传感器传光型光纤传感器是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后,通过在输出端进行光信号处理而进行测量的，这类传感器带有另外的感光元件对待测物理量敏感，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调制的敏感元件才能组成传感元件。光纤传感器根据其测量范围还可分为点式光纤传感器、积分式光纤传感器、分布式光纤传感器三种。其中，分布式光纤传感器被用来检测大型结构的应变分布，可以快速无损测量结构的位移、内部或表面应力等重要参数。目前用于土木工程中的光纤传感器类型主要有 Math-Zender干涉型光纤传感器，Fabry-pero 腔式光纤传感器，光纤布喇格光栅传感器等。 2.2 光纤传感器的特点研究和工程应用表明光纤传感器具有如下特点： ⑴高灵敏度，抗电磁干扰。由于光纤传感器检测系统很难受到外界场的干扰，且光信号在传输中不会与电磁波发生作用，也不受任何电噪声的影响，由于这一特征，光纤传感器在电力系统的检测中得到了广泛应用。 ⑵光纤具有很好的柔性和韧性，所以传感器可以根据现场检测需要做成不同的形状。 ⑶测量的频带宽、动态响应范围大。 ⑷可移植性强，可以制成不同的物理量的传感器，包括声场、磁场、压力、温度、加速度、位移、液位、流量、电流、辐射等。 ⑸可嵌入性强，便于与计算机和光纤系统相连，易于实现系统的遥测和控制。 3.光纤传感器土木工程中的应用举例随着光纤传感技术的发展，在土木工程领域光纤传感器得到了广泛的应用，用来测量混凝土结构变形及内部应力，检测大型结构、桥梁健康状况等，其中最主要的都是将光纤传感器作为一种新型的应变传感器使用。

机器视觉系统应用案例

机器视觉系统 1.引言随着医疗水平和医疗器械的不断提高和更新，一次性注射针以其方便、卫生的特点深受用户的喜爱，其需求量也迅速增大，而针头外观的好坏直接影响到一次性注射针的质量。所以为了减少不合格品的数量，需要增加检测工序。手工外观检验和产品标记昂贵和不可靠。同时又意味着不近人情的单调工作。这里，自动化机器视觉系统提供了解决这些问题的方案。 2. 一次性注射针的缺陷一次性注射针可以分为针座和针头两个部分。针座的缺陷对产品的质量影响可以不计。而针头就存在着两种缺陷情况：首先针头在制作过程中针尖部位可能会产生毛刺；其次针头在自动装配过程中可能会产生倒插现象（针尖部位被插入针座）。影响针头的几个缺陷为：针尖毛刺、倒插。其中倒插不仅会对产品的质量产生直接的影响，而且严重的会危害到人的生命。如图1：正插倒插图1 3. 利用机器视觉实现一次性注射针的外观缺陷的自动化检测随着市场一次性注射针需求的不断增大，以及客户对产品质量的要求，越来越多的医疗器械生产厂商采用自动化注射针检测系统，对一次性注射针的外观缺陷进行综合检测。这种方法代替了传统的人工方法以提高生产效率和产品质量，解决了人工方法效率低、速度慢，以及受检测人员主观性制约等不确定因素

带来的误检及漏检，实现更好的100%产品在线检测。 3.1机器视觉系统概述机器视觉系统是指通过图像摄取装置（分CMOS相机和CCD相机两种）把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 3.2 机器视觉系统的特点 1）. 机器视觉系统属于光电系统； 2）. 机器视觉系统中的传感器属于阵列传感器； 3）. 机器视觉系统中的数据量大； 4）.运行速度快，但与集成电路的制造与发展相关。 3.3机器视觉实现一次性注射针的外观缺陷的自动化检测方案本文采用了注射针检测系统用于一次性注射针的外观缺陷检测。该系统以西门子图像处理器为核心，并结合西门子自动化设备，形成了既有简单的数字信号接口又有复杂的工业网络接口的系统，让用户能选择适合自己工况的系统，既方便又节省投资。其基本检测处理流程如图2，简易系统框架如图3：启动系统图像摄取图像传输和分析 PLC处理剔除装置图2 基本检测流程图图3简易系统框架

光纤传感器结构原理及分类[图]

光纤传感器结构原理及分类[图] 1、光纤传感器结构原理以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。可见，光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，即 A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率；φ——光相位；t——光的传播时间。可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 2、光纤传感器的分类注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a，b，c功能型、非功能型、拾光型（1）根据光纤在传感器中的作用光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。 1）功能型（全光纤型）光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。 2）非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。 3）拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。（2）根据光受被测对象的调制形式形式：强度调制型、偏振调制、频率调制、相位调制。