《光纤传感器及其应用》

绪论1

一、概述1

二、光纤传感器的特点与分类1

目录1

三、光纤在测量上的应用5

四、光纤检测元件的发展及其动向7

第一章 基本知识10

§1-1光纤及光纤传感器的作用10

一、概述10

二、纤维光学的基本原理11

三光导纤维的分类及特性12

四、光纤传感器的检测方式及作用21

二、半导体中的能级24

§1-2光源24

一、概述24

三、发光二级管与二级管激光器26

§1-3光探测器29

一、概述29

二、光电探测器30

三、结型光探测器32

四、光电放大器36

§1-4光纤元件的相互联接和固定36

一、提高耦合效率的方法37

二、联接与固定形成37

二、光纤温度传感器的分类39

一、概述39

§2-1概述39

第二章 光纤温度检测39

§2-2光导纤维红外辐射温度计42

一、概述42

二、基本工作原理43

三、仪器的工作原理和结构44

四、主要技术特性45

五、结论45

六、辐射测温在燃气涡轮发动机中的应用45

二 、光强—温度敏感元件的数学模型46

§2-3 半导体吸收式光纤温度检测技术47

一、概述47

三、 发光光谱和光电转换响应度的数学分析52

四、传感器的数学模型53

五、传感器的研制55

六、测试系统的设计59

七、实验室试验62

八、半导体吸收式光纤传感器的设计原则64

九、优秀的振幅调制型测温方案66

§2-4液体组元光纤温度检测技术68

一、概述68

二、液体组元光纤温度检测技术69

三、结构示意图69

三、光纤荧光温度探测器72

二、双元液晶测温探测器72

一、概述72

§2-5光波长分布光纤传感技术72

四、绝对黑体式光纤温度计73

五、利用干涉滤波器技术检测温度74

§2-6干涉型光纤温度传感器及其检测技术74

一、相位干涉型74

二、单光纤偏振型干涉仪77

第三章流量、流速、液位检测技术79

§3-1概述79

一、应用概况79

二、分类与特点79

§3-2光纤式微型旋浆流速仪79

一、工作原理79

二、技术指标80

三、光纤计数测速原理及其应用82

§3-3光纤涡轮流量计、转速计84

一、光纤涡轮流量计工作原理及探头结构84

二、光纤膜片式流速计84

§3-4光纤涡流流量计86

一、工作原理86

二、特点87

三、试验曲线和理论值对比87

§3 5多普勒流量计87

一、概述87

二、光纤激光多普勒流量计88

一、概述89

三、血流计传感器89

§3-6 光纤液位检测技术89

二、类型90

三、全反射式光纤液位计90

四、斜端面光纤液面检测技术91

五、单根光纤结合面光损失液位检测技术93

六、单光纤液面传感技术95

第四章 机械量光纤传感器98

§4-1概述98

一、应用简介98

二、传感方式98

一、利用两光纤相对位置检测位移100

§4-2传输型敏感元件检测技术100

二、遮光型光强调制光纤传感器101

三、传光型压力和水声光纤传感器101

§4 3反射型敏感元件检测技术104

一、反射式光强调制位移传感器104

二、全反射光纤位移和压力传感器106

三、光纤轴承监测系统108

四、角位移检测装置109

§4-4微弯曲敏感元件检测技术110

一、基本工作原理110

二、微弯曲调制位移检测技术112

三、光纤微弯曲水声探测器114

§4-5光纤振荡器应变检测技术114

一、概述116

§4-6相位干涉型敏感元件检测技术116

二、光导纤维相位调制原理117

三、光纤干涉仪及其信号检测122

四、mach-Zehnder干涉仪机械量传感器124

五、偏振状态振动检测器125

六、动态压力传感器125

七、加速度传感器126

八、应变传感器126

九、光纤干涉仪悬臂梁测试装置127

§4-7频率调制光纤传感器129

一、概述129

二、光纤多普勒测速系统分析130

三、光纤多普勒系统性能的改善132

四、光纤多普勒血液流量计133

第五章磁场及电场检测技术134

§5-1 概述134

一、概述134

二、基本概念134

§5-2光纤磁场传感器及其检测技术140

一、磁场检测技术概述140

二、干涉型磁场传感器的工作原理141

三、干涉型电压与磁场检测技术144

§5-3光纤电流传感器及其检测技术144

一、概述144

二、偏振态变化型的工作原理145

一、概述146

§5-4用电致光吸收和压电弹光原理检测电压和电流146

二、全光纤电压、电流传感器原理147

三、用Bi12SiO20结晶材料制作的电压和磁场传感器149

§5-5光纤微波电磁场检测技术151

一、概述151

二、光纤微波传感技术的工作原理151

三、光纤光波电磁场检测系统153

三、结果及分析154

第六章 光纤化学和生物医学传感器检测技术156

§6-1概述156

§6-2吸收光谱型传感器156

一、工作原理156

二、单波长吸收比较型157

三、双波长差分吸收型159

§6-3弹光型氢敏传感器161

一、工作原理161

二、实验装置162

§6-4光声谐振型气体传感器163

一、工作原理163

二、实验装置164

§6-5 PH值传感器165

一、工作原理165

二、探头结构165

三、实用系统166

§6-6 棱镜反射型液体检漏传感器167

一、工作原理167

二、检漏系统168

§6-7 应用渐逝波测定法的传感器169

一、渐逝波及其工作原理169

二、传感器结构170

三、应用170

第七章 光纤图象转输171

一、概述171

二、医用内窥镜171

三、工业内窥镜172

四、光纤扫描器173

五、位移检测173

七、质谱仪检测系统174

六、位移控制系统174

第八章 光纤旋转传感器175

§8-1概述175

§8-2 Sagnoc效应及测量方法176

§8-3光纤旋转传感器工作原理179

§8-4互易性和误差分析184

§8 5光纤旋转感器的实现技术192

第九章 光纤遥测系统及其典型应用201

§9-1光纤遥测系统的形成及分类201

一、概述201

二、光纤传感器网络和遥测系统201

三、光纤遥测系统的分类201

四、光纤多路传输202

一、时间分割式多路传输系统203

§9-2 时间分割式多路传输系统203

二、时间分割式多路传输系统的组成204

三、时间分割式多路传输系统的应用205

四、继电保护光纤传输系统的设计原则和程序206

§9-3波长分割式多路传输系统208

一、波长分割式多路传输系统208

二、波长分割式多路传输系统的组成208

三、波长分割式多路传输系统的应用209

四、波长分割式多路传输系统的应用213

§9-4光纤在传感器系统中的应用215

一、概述215

二、典型应用215

二、吸光分析装置的特点217

一、吸光分析装置的工作原理217

§9-5 光纤在在线分析中的应用217

三、光纤浓度传感器用于测量排水中含油量的装置219

第十章 光纤信号处理技术221

§10-1概述221

§10-2空间模拟处理器221

§10-3延迟线模拟处理器225

一、光强调制延迟线处理器226

二、相位调制延迟线处理器228

§10-4数字处理器232

一、多位光学开关实现原理232

二、注入式激光器光逻辑元件233

§10-5 光纤信号处理发展前景236

参考文献239