吉林大学：《传感器工程》硕士研究生课程PPT教学课件（讲稿）第五章 传感器应用

第五章 传感器应用 根据被测量选择传感器 举例：位移 扩展：力、压力、重量（称重）、冲击、振动、 速度、加速度、声压、力矩、姿态、液位、 流量、转速、密度、线速度、角速度、厚度、 尺寸、角度、位置、距离、接近开关 1

1 根据被测量选择传感器 第五章 传感器应用 举例：位移 扩展：力、压力、重量（称重）、冲击、振动、 速度、加速度、声压、力矩、姿态、液位、 流量、转速、密度、线速度、角速度、厚度、 尺寸、角度、位置、距离、接近开关

可用传感器 电位器式 电容式一变极距式、变面积式 电感式一变隙式、螺管式、差动螺管式、差动变压器 涡流式位移传感器 光电式位移传感器 磁栅式位移传感器 光纤位移传感器 光栅位移传感器 微波式 感应同步器 霍尔式微量位移传感器 旋转变压器 磁阻式位移传感器 偏光式角位移传感器 2

2 可用传感器 电位器式 电容式——变极距式、变面积式 电感式——变隙式、螺管式、差动螺管式、差动变压器 涡流式位移传感器 光电式位移传感器 光纤位移传感器 微波式 霍尔式微量位移传感器 磁阻式位移传感器 偏光式角位移传感器 磁栅式位移传感器 光栅位移传感器 感应同步器 旋转变压器

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光栅式光纤传感器 4

4 光栅式光纤传感器

技术原理 拉曼 瑞利 5e 布里渊 DTS and DTSS设备测量随时间而变化的反射光 随着温度应力和压力而变化的反射光本质 在一根分布式光纤上测量所有的点。 -范围 30km -测量时间： 5 seconds -测量分辨率精度： 0.01C/0.5℃ -空间分辨率（合适的温度测量点间距）： 30 cm 5

5 技术原理 n 布里渊 拉曼 瑞利 • DTS and DTSS 设备测量随时间而变化的反射光 • 随着温度应力和压力而变化的反射光本质 • 在一根分布式光纤上测量所有的点. - 范围: 30km - 测量时间: 5 seconds - 测量分辨率/精度: 0.01˚C/ 0.5˚C - 空间分辨率 (合适的温度测量点间距): 30 cm

光纤分布式温度测量的优点 ·完全分布式的测量数据大大增加了信息量同时减低了不确定性 。 传感器由标准光纤制作-物美价廉 ·对冲击/震动和电磁干扰具有抵抗作用 ·测试区域无电气或可移动部件 高可靠性（设计的传感器寿命>25年） ·高温性能>650°C 体积极小可以进入空间受限的区域（譬如导管、油井和管道等...） 6

6 光纤分布式温度测量的优点 • 完全分布式的测量数据大大增加了信息量同时减低了不确定性. • 传感器由标准光纤制作 – 物美价廉 • 对冲击/震动和电磁干扰具有抵抗作用 • 测试区域无电气或可移动部件 • 高可靠性 (设计的传感器寿命>25年) • 高温性能 >650°C • 体积极小可以进入空间受限的区域 (譬如导管、油井和管道等……)

整体成本低 ·使用分布式光纤技术，你可以用一台单通道的设备部署 30,000个测试点（使用多路复用器可以将点增加到500,000 个).光缆本身就是传感器，它具有如下优点： -每个传感器成本低：传感器由标准的通讯光纤制造，这就以为 着每个传感器单个测试点的成本会低于1美元 一安装成本低：整条光缆都可以用来测量，因此为了定位每一个 传感器就不许要过多的安装点 一维护费用低：光纤没有可移动部件，典型的寿命是25年，因此 光纤一旦被安装，维护费用就非常低。 7

7 整体成本低 • 使用分布式光纤技术，你可以用一台单通道的设备部署 30,000个测试点 (使用多路复用器可以将点增加到500,000 个). 光缆本身就是传感器，它具有如下优点: – 每个传感器成本低: 传感器由标准的通讯光纤制造, 这就以为 着每个传感器单个测试点的成本会低于1美元 – 安装成本低: 整条光缆都可以用来测量, 因此为了定位每一个 传感器就不许要过多的安装点. – 维护费用低: 光纤没有可移动部件，典型的寿命是25年, 因此 光纤一旦被安装，维护费用就非常低

系统性能 ·交互使用达到了所设计的温度分辨率： -测量时间（最小10s) ·更常的测量时间=更好的温度分辨率 -空间分辨率（最小0.3m) ·宽的空间分辨率=更好的温度分辨率 一范围 (最大30km) ·更小的范围=更好的温度分辨率 8

8 系统性能 • 交互使用达到了所设计的温度分辨率: – 测量时间 (最小10s) • 更常的测量时间 = 更好的温度分辨率 – 空间分辨率 (最小 0.3 m) • 宽的空间分辨率 = 更好的温度分辨率 – 范围 (最大 30 km) • 更小的范围 = 更好的温度分辨率

温度分辨率vs范围30km 更小的范围-更好的温度分辨率 Temperature Resolution(spatial resolution-1m) 3.5 2.5 +1m 年5min 2 10 mi 20m -601m 15 0.5 123456789101112131415161718192021222324252627282930 Range (km) 9

9 温度分辨率 vs 范围 30km 更小的范围 – 更好的温度分辨率

温度分辨率vs范围5km 更小的范围-更好的温度分辨率 Temperature Resolution(spatial resolution =1m) 0.25 02 0,15 -1 min -5 min 10 mi 20 mil 0.1 -60 mi 0.05 Range(km) 10

10 温度分辨率 vs 范围5km 更小的范围 – 更好的温度分辨率