光纤传感器 课件 .pdf

第15章光纤传感器

•光纤传感器是随着光纤通信和光学技术发展起来

的新型传感器，它以光作为信息的载体，具有灵

敏度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强、耐腐

蚀、耐高温、体积小、可挠曲、重量轻、成本低

等优点，可应用于温度、位移、速度、加速度、

压力、扭矩、应变、电压、电流、液位、流量等

物理量的测量，具有广阔的应用前景。随着对光

纤传感器研究的深入，各种新型光纤传感器层出

不穷。

15.1光纤的基本知识

•15.1.1光导纤维的结构

光纤是用石英玻璃或塑料等光透射率高的电介质材料制成的极

细的纤维，一般直径约为100-200m。在结构上，光纤由纤芯、包

层和护套三个部分组成，如图15-1所示。

纤芯包层护套

n

1

n

2

图15-1光纤的基本结构

纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。护套起着保护光纤

的作用，一般用尼龙外套。纤芯的折射率大于包层的折射率，定义

相对折射率差。一般而言，单模光纤的为0.3%～0.6%，多模光纤的

为1%～2%。越大表示将光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输

容量却越小。

15.1.2光导纤维的传光原理

•一般把光波在光纤中的传输看成是光线在光

纤中传输，从而用光线的理论近似描述光纤的传

光原理。

1光的折射与反射

n

1

在几何光学中，当光线由光密物质（折射率为）入

nn1n2

射至光疏物质（折射率为）时，即，在光密物质

2

与光疏物质的界面处，光线将产生折射或反射。设入射角



为，折射角为。

12

根据光折射和反射的斯涅耳（Snell）定律，有

nsinnsin

1122

•图15-2所示为光的发射与折射图。在图15-2（a）

1

中，入射角小于临界入射角，入射至界面的

c

光线以折射的方式进入到光疏物质中。图15-2（b）

c

中，入射角等于临界入射角，此时光线处于

1

临界入射和反射状态，折射光将沿着两种物质交

290=1

界面传播，折射角