《传感器原理及应用》课程PPT教学课件（现代传感技术）第8讲 光纤传感器的应用

第三节光纤传感器的应用 ˉ典型应用:机敏材料和机敏绻枸 在线检测建筑混凝士结构内部应力变化 如:桥梁、水坝、核电站、高层建筑、髙 速公路等 埋入式光纤传感器 干涉型:敏度高;结枸复杂 偏振光型:灵敏度低;结枸简单

第三节 光纤传感器的应用 ◼ 典型应用：机敏材料和机敏结构 在线检测建筑混凝土结构内部应力变化。 如：桥梁、水坝、核电站、高层建筑、高 速公路等。 一、埋入式光纤传感器 干涉型： 灵敏度高；结构复杂。 偏振光型：灵敏度低；结构简单

干涉型:相位调制原理见第二节 由446式,只考虑受力长度变化: △=β△L=2TnL/A(4-50) 测量臂与參考臂之差L一标距。 洲量臂与参考臂之间的相位差反应受力变化。 主体材料 000测量臂 耦合端面 测量臂 分路 连接 参考臂 参考臂 图421干涉型埋入式光纤传感器 a)光纤传感器原理结构b)光纤传感头

干涉型：相位调制原理见第二节 ◼ 由4-46式，只考虑受力长度变化： △φ≈β △L=2πnLε/ λ (4-50) 测量臂与参考臂之差L—标距。 测量臂与参考臂之间的相位差反应受力变化

偏振光型传感器: 主体材料 图422偏振型埋入式光纤传感器 光源S1L1平行光一P1平行偏振光O1→ PIN1PN2检偏P2平行偏振光O2←

偏振光型传感器： 光源S1 L1平行光 P1平行偏振光 O1 PIN1 PIN2 检偏P2 平行偏振光 O2

■若偏振光偏转了θ角,则射到PIN2的光强 为 l2=1cos6(4-51) 上折射率光纤受应力ε时,偏振光相位的变 △q=L△β+阝△L(4-52) 光纤弹性模量E1,主体弹性模量E2,则光纤 所测应力E1与主体材料实际内应力E0的关 系 E0=12E1E1+E2)(4-53)

◼ 若偏振光偏转了θ 角，则射到PIN2的光强 为： I2=I1cosθ (4-51) 上折射率光纤受应力ε 时，偏振光相位的变 化： △φ=L △ β+ β△L （4-52） 光纤弹性模量E1,主体弹性模量E2，则光纤 所测应力ε1与主体材料实际内应力ε0的关 系： ε0= ε1 2E1/(E1+E2) (4-53)

二、传感器的安装 ■根据主体材料的不同,选择安装方式 对钢筋混凝土主体材料,主要有种舆型 的埋入方法。 1)金属导管安装法 光纤 光纤 H i: c]EEf i a i1 金属套管 图43两种典型的埋入方法 a)导管抽出b)导管置入

二、传感器的安装 ◼ 根据主体材料的不同，选择安装方式。 对钢筋混凝土主体材料，主要有两种典型 的埋入方法。 1）金属导管安装法

2)预制件安装法 置入2组光纤 A组 B组 图424预制光纤传感器构件 a)混凝土圆柱构件b)混凝土梁构件

◼ 2)预制件安装法 置入2组光纤

■无外部力作用时,光纤输出的光强度为l0;当 构件受到应力下时,光纤翕出的光强度为, 则光纤结感器輸出值相对变化为: o=[(I0-)/0]X100%=(△Mo)00%(454) 圆梁和弯曲梁中的光纤可以测得各方向的 压力和拉力,见图425。 100 75 25 100 25 / 图425构件中光纤传感器的输出特性 a)圆柱构件的输出特性b)弯曲梁的输出特性

◼ 无外部力作用时,光纤输出的光强度为I0;当 构件受到应力F时，光纤输出的光强度为I， 则光纤传感器输出值相对变化为： σ=[（I0-I)/I0]X100%=(△I/I0)00% (4-54) 圆梁和弯曲梁中的光纤可以测得各方向的 压力和拉力，见图4-25

力学特性对测量的影响 ■要保证测量的准确性,应考虑埋入混凝 土的光纤传感器与主体(混凝体)的如 下力学特性: 1弹性模量不一致 2.泊松比不一致 3.膨胀系数不一致 结论:作为新技术的光纤传感器性能卓越 应用前景光明

三、力学特性对测量的影响 ◼ 要保证测量的准确性，应考虑埋入混凝 土的光纤传感器与主体（混凝体）的如 下力学特性： 1.弹性模量不一致. 2.泊松比不一致. 3.线膨胀系数不一致. 结论:作为新技术的光纤传感器,性能卓越, 应用前景光明

作业:1光纤传感器的类型、特点及调制方 法 2分析说明图410的温度传感器各部 分原理 3简述光纤传感器在混凝土主体测量 领域的应用

作业: 1.光纤传感器的类型、特点及调制方 法。 2.分析说明图4-10的温度传感器各部 分原理. 3.简述光纤传感器在混凝土主体测量 领域的应用

第五章集成传感器 ■将敏感元件、信号调理电路等制作在同 芯片上,使传感器具有很高的性能。 如:集成压敏、温敏和磁敏传感器。 第一节集成压敏传感器 两类:1)硅电容式 2)扩散硅式

第五章 集成传感器 ◼ 将敏感元件、信号调理电路等制作在同 一芯片上，使传感器具有很高的性能。 如：集成压敏、温敏和磁敏传感器。 第一节 集成压敏传感器 两类：1）硅电容式 2）扩散硅式