波长调制型光纤传感器课件.pptx

1、入射光波出射光波入射光波的特征参量：波长 外界因素：温度，压力，电 磁场，位移effcoreBn 2nc nclBeffcladdingcoreLnn)(CORECLADDING)()(2)(zznzeffBCORECLADDING短长2effBlr1n)(2MAIN-MODESIDE-MODECORECLADDINGlr，为光栅写入时，距相位模版远端的距离l1CORECLADDINGl1effeffBeffeffBnnn222弹光效应弹性变形zr,横向应力作用纵向应力作用KBeffBn2布喇格波长TKTBzzfrrBBavnkankannazefwgeffwgeffeffwg21112121

2、2ZBeffzzBzznPPPk 1.22/pmNA=0.110 12 3 4 5 光纤芯径（m）相 对灵 敏度 系数-0.0006-0.0004-0.0002NA=0.13NA=0.15NA=0.170NA=0.1111.522.533.544.50 2 46 8 10 103涂层厚度（m）应力灵敏度系数(1011/(N/m2)0.483E0.39109E10109E72109E100109126345 0 2 46 8 10 103涂层厚度（m）应力灵敏度系数(1011/(N/m2)E3.91090.980.70v0.4830.171.051.061.071.080 2 4 6 8 10

3、103涂层厚度（m）应力灵敏度系数(10-1 1/(N/m2)E86.5109E90109E110109E1201091.021.041.061.080 2 4 6 8 10 103涂层厚度（m）应力灵敏度系数(10-1 1/(N/m2)0.980.7v0.4830.17宽谱光源光纤光栅光纤砝码 涂覆后 涂覆前1547.01546.91546.81546.71546.61546.51546.41546.31546.20 10 20 30 40 50纵向载荷（g）波长漂移（nm）采用不同的化学指示剂，可测量不同pH值范围的溶液。主要特征参量是空间分辨率和灵敏度在材料和结构的制造过程中埋入传感元件

4、和驱动元件可沿空间位置连续测量单、多参量的传感器。结论：对于去敏设计，一般应选择弹性模量大的材料光纤传感器用于智能结构的一些问题应力灵敏度系数(1011/(N/m2)严格控制二次涂敷工艺保护层对光纤光栅传感性能影响按照被调制的光波参数灵敏度：1C 10pmpHpK，(pH酸碱度，pK酸碱平衡常数)光纤Bragg光栅(FBG)高速测量(10msec 间隔)光纤光栅增敏与去敏设计应力灵敏度系数(1011/(N/m2)4的范围内仪器具有0.不同弹性模量E、不同泊松比材料随厚度的增加造成的灵敏度饱和现象用单根高双折射光纤构成的光纤偏振干涉仪也属于积分式传感器抗干扰能力强，稳定、可靠AQ4315AQ43

5、15ASE ASE 宽带光源宽带光源FBGFBG光环行器光环行器F FB200B200波长监控器波长监控器2 23 31 1FBGFBG波长波长1 1波长波长2 2 高精度：1pm/0.1,1pm/实时监测 传感器数量受限 高速&高分辨率测量 测量FBG反射谱的功率及中心波长 波长范围：15271567nm 或 15681607nm 波长分辨率：10 年)工作温度：0 to 60带有光二极管阵列(PDA)的多色仪结构 固定的衍射光栅保证仪器的鲁棒特性；无活动部分-保证了仪器的紧凑性、高可靠性及高速测量。u波长分辨率 高分辨率(1pm)；对像素数据采用独特的内插算法来获得极高的分辨率 注：鲁棒特

6、性是指一个系统在非理想环境下的工作能力，这种环境里可能有许多其他信号或干扰，或者收到的信号电平具有快速起伏的特征。光纤光栅光二极管阵列镜面透镜高速测量(10msec 间隔)10Hz 振动34Hz 振动(实线:正弦曲线)uPC机上的图形用户界面（GUI）u单色仪结构PhotoDiodeArrayfiberDiffraction gratingmirrorlens640-elments PhotoDiodeArrayASE source(white light source)FBG sensorcirculatorWavelength monitor2FBG sensor31PC机上的图形用户界面

7、（GUI）FB200 波长监控器 VS 波长计-10-505101555.11555.61556.1Wavelength by the Wavelength Meter nmdifference pm703753pHpK，(pH酸碱度，pK酸碱平衡常数)Wavelength monitor稳定性:比值运算，补偿系统误差半导体激光器、光纤激光器灵敏度：1 1pm应力灵敏度系数(10-11/(N/m2)确定系统的运行情况、可靠性主要特征参量是空间分辨率和灵敏度选用高弹性模量、低泊松比的金属材料进行涂敷，才能达到提高光栅稳定性的目的波长分辨率：0调制器被测参量分光计信号处理输出入射光纤出射光纤(10

8、)10cLRk21501(,)1CTETCe可沿空间位置连续测量单、多参量的传感器。光源和光探测器有足够高的温度稳定性准确度高速&高分辨率测量光纤光栅增敏与去敏设计光纤光栅的主要类型 contd应力灵敏度系数(1011/(N/m2)0 12 3 4 5原理:稀土磷光体的磷光光谱随温度变化而改变Anchor Body啁啾光栅（chirped）II型光栅透射谱为高通，温度稳定性高，擦除800不同弹性模量E、不同泊松比材料随厚度的增加造成的灵敏度饱和现象在材料和结构的制造过程中埋入传感元件和驱动元件0 2 4 6 8 10 103无活动部分-保证了仪器的紧凑性、高可靠性及高速测量。频率响应：可达1M

9、HzDiffraction grating在材料和结构的制造过程中埋入传感元件和驱动元件波长分辨率：1pm确定系统的运行情况、可靠性zzfrrBBavnkankannazefwgeffwgeffeffwg211121212ZBeffzzBzznPPPk 1.22/pmNA=0.110 12 3 4 5 光纤芯径（m）相 对灵 敏度 系数-0.0006-0.0004-0.0002NA=0.13NA=0.15NA=0.170NA=0.111.051.061.071.080 2 4 6 8 10 103涂层厚度（m）应力灵敏度系数(10-1 1/(N/m2)E86.5109E90109E110109

10、E1201091.021.041.061.080 2 4 6 8 10 103涂层厚度（m）应力灵敏度系数(10-1 1/(N/m2)0.980.7v0.4830.17宽谱光源光纤光栅光纤砝码 涂覆后 涂覆前1547.01546.91546.81546.71546.61546.51546.41546.31546.20 10 20 30 40 50纵向载荷（g）波长漂移（nm）高精度：1pm/0.1,1pm/实时监测 传感器数量受限PC机上的图形用户界面（GUI）2Beffn0()22llzCzz 2/(2)Beffn sp入射光波的特征参量：波长应力灵敏度系数(10-11/(N/m2)高精度：

11、1pm/0.荧光、磷光、黑体辐射等大多数为非功能型应力灵敏度系数(1011/(N/m2)非均匀涂敷对光栅光学性能的影响0 2 46 8 10 103频率响应：可达1MHz高精度：1pm/0.结论：对于去敏设计，一般应选择弹性模量大的材料原理:稀土磷光体的磷光光谱随温度变化而改变灵敏度：1 1pm测量速度：测10个FBG的传感器系统，最快10ms（100Hz)可用于测量一定范围内某一参量的平均值光源和频谱分析器的性能系统的稳定性和分辨率Diffraction grating结构：周期沿光纤轴向变化线性、非线性非均匀涂敷对光栅光学性能的影响高速&高分辨率测量在绿色区域却与pH值无关可用于智能结构的

12、光纤传感器光纤光栅的主要类型 contd应用领域通信、传感、信息处理稳定性:比值运算，补偿系统误差结论：对于去敏设计，一般应选择弹性模量大的材料1的分辨率，准确度为光源和光探测器有足够高的温度稳定性准确度网络化：以实现多路复用或空间分布式测量使传感系统可获取较大空间范围内的传感信息应力灵敏度系数(10-11/(N/m2)0 2 4 6 8 10 103Anchor Body制造振幅模板、逐点写入法人体血气的分析、pH值检测光栅的生命周期与稳定性0 10 20 30 40 50光纤Bragg光栅(FBG)传光型波长调制光纤传感器光源和频谱分析器的性能系统的稳定性和分辨率入射光波的特征参量：波长PC机上的图形用户界面（GUI）