压力传感器等
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光纤传感器用于智能结构的一些问题
光纤传感器的复用
• 由多个点式传感器和（或）多个积分式传感器， 和（或）多个分布式传感器构成的一个复杂的 传感系统
与智能结构的兼容性 在智能结构中的分布 在智能结构中应用的工艺研究
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传光型波长调制光纤传感器
荧光、磷光光谱
关键
• 光源和入频射谱光分纤 析器的性能系统调的制稳器定性和分被辨测参率量
• 获得材料及结构的整体性、环境条件等信息 • 确定系统的运行情况、可靠性 • 确定剩余寿命
提出 “智能材料与结构”的概念
• 在材料和结构的制造过程中－埋入传感元件和 驱动元件
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智能结构对传感器的特殊要求
• ①微型化：保证传感器的埋入不会影响材料的 性能（或影响很小）
• ②高可靠：确保智能材料在整个“服役期”能 正常有效地运行
基本原理
• 化学指示剂对被测溶液的颜色反应
探头结构
• 指示剂的透明度
红色区域对pH值非常敏感 在绿色区域却与pH值无关
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设计实例
绿光(λ1＝558nm)作为调制检测光，红光(λ2＝ 630nm)作参考光
R k10( c L10)
L为试剂长度；Δ＝pH－pK，(pH酸碱度，pK酸碱平衡常数)
例如：光纤干涉仪（MZ干涉仪、Michelson干涉仪等）可用于测量光 纤长度范围内应变或温度的平均值。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
分布式传感器
• 可沿空间位置连续测量单、多参量的传感器。 • 主要特征参量是空间分辨率和灵敏度 • 非线性效应分布式光纤传感器；高双折射光纤构成的分布式光纤
• ③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
光纤传感器
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可用于智能结构的光纤传感器
点式传感器
• 光纤FP传感器、光纤Bragg光栅传感器等。 • 优点：传感头尺寸小<<结构尺寸 • 缺点：只局限于检测一个很小截面内的某一参量的值。
积分式传感器
• 可用于测量一定范围内某一参量的平均值
稳定性条件
• 光源和光探测器有足够高的温度稳定性准确度 • pH值在7-7.4的范围内仪器具有0.01的分辨率血液的pH
值 • 采用不同的化学指示剂，可测量不同pH值范围的溶液。
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光纤磷光传感器
原理: 稀土磷光体的磷光光谱随温度变化而改变 测量方法：
• 频谱不同的光电二极管
0.1℃的分辨率，准确度为ｌ℃
Sensor for landslide movement (B-OTDR)
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应用范围
日本女子大学百年館の外観（建設時）
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应用例－锚杆压力应变监测
长期维护 耐腐蚀寿命长 锚键锚体的应变监测
Anchor tendon
Anchor Body
FBG
锚杆长 40m
标准应变测试仪
FBG 应变传感器
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光栅标准具
Bragg波长： 对于啁啾光栅：
B 2neff
(z) 0 Cz
l 2
z
l 2
干涉条纹的占空比：
2 B
/(2neff
sp)
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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功 能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
• 传感 • 光学信息补偿－光学Fourier变换、相位阵列天线
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传感应用
光纤光栅传感器
• 优点：
抗干扰能力强，稳定、可靠 传感头结构简单、体积小 测量重复性好 可实现绝对测量 便于规模生产、成网
• 不足：解调系统昂贵、动态范围受限
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应用实例
4
应用范围
5
应用范围
6
应用例
Three anchors (FBG)
光纤光栅
波长调制型光纤传感器
Fiber Optic Sensors Lecture 6-2
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4.1 波长调制机理
引起波长变化－光谱特性随外界物理量而变化
• 荧光、磷光、黑体辐射等－大多数为非功能型 • 光纤光栅－功能型
光纤光栅～反射镜 应用领域－通信、传感、信息处理
• 光通信器件
半导体激光器、光纤激光器 光纤放大器、滤波器 波分复用/解复用器 色散补偿
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公 差，以防按键手感不良。
光纤传感器与智能材料
传统材料强度要求 现代材料 “自检”的功能
• 滤光片
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传感头设计
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黑体温度计
非接触式测温技术：测量物体的热辐射能 量表面温度
E0 (,T )
C1 5
C2
e
T
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探头结构
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光纤血气传感器
血气值
• 氧分压（M） • 二氧化碳分压（pc） • 氢离子浓度（pH）
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光源：白炽灯、汞出弧射灯光纤
频谱分析仪：光栅、棱镜分光计；干涉和染料滤光器
稳定性分: 比光值计运算，补偿系统误差
主要应用-医学、化学等领域。
• 人体血气信的号分处理析、pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ值输出检测
• 指示剂溶液浓度的化学分析
• 磷光和荧光现象分析
• 黑体辐射分析
• 法布里一帕罗滤光器等
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光纤pH值传感器