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光纤传感器.ppt

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光纤传感器上一页下一页返回鲁帅帅 5.2 光纤传感器 5.2.1 光导纤维的结构和导光原理 5.2.2 光导纤维的主要参数 5.2.3 光纤传感器结构原理 5.2.4 光纤传感器的分类 5.2.5 光纤传感器的特点 5.2.6 光纤传感器的应用上一页下一页返回 5.2.1 光导纤维的结构和导光原理圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率上一页下一页返回斯乃尔定理当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射（a）折射角大于入射角：（b）临界状态：（c）全反射：上一页下一页返回光纤导光上一页下一页返回当θr =90°的临界状态时， Sin θi0定义为“数值孔径”NA（Numerical Aperture）相对折射率差 arcsinNA是一个临界角， θi arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失； θi arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。上一页下一页返回 5.2.2 光导纤维的主要参数 1. 数值孔径（NA） 2. 光纤模式 3. 传播损耗上一页下一页返回上一页下一页返回 1. 数值孔径（NA）反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。意义：无论光源发射功率有多大，只有2θi张角之内的光功率能被光纤接受传播。大的数值孔径：有利于耦合效率的提高。但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。上一页下一页返回 2. 光纤模式光波沿光导纤维传播的途径和方式在光导纤维中传播模式很多对信息的传输是不利的，导致合成信号的畸变，因此我们希望模式数量越少越好。阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示为希望V小：d不能太大，n2与n1之差很小上一页下一页返回 3. 传播损耗损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响传播损耗（单位为dB）式中, I——光纤长度； a——单位长度的衰减； I0——光导纤维输入端光强； I——光导纤维输出端光强。上一页下一页返回 5.2.3 光纤传感器结构原理把被测量的状态转变为可测的光信号的装置上一页下一页返回光受到被测量的调制，已调光经光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，经信号处理系统得到被测量。光纤传感器光学测量的基本原理光就是一种电磁波，光的电矢量E 被测量调制：光的强度、偏振态（矢量B的方向）、频率和相位解调：光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制上一页下一页返回 5.2.4光纤传感器的分类上一页下一页返回根据光纤在传感器中的作用功能型传光型拾光型根据光受被测对象的调制形式强度调制偏振调制频率调制相位调制 (1) 根据光纤在传感器中的作用分为功能型传光型拾光型上一页下一页返回 (a) 功能型（全光纤型）光纤传感器光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，成本高，典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。上一页下一页返回 (b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。缺点：灵敏度较低。实用化的大都是非功能型的光纤传感器。上一页下一页返回 (c) 拾光型光纤传感器用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。典型例子：光纤激光多普勒速度计辐射式光纤温度传感器上一页下一页返回 (2) 根据光受被测对象的调制形式分为 (a) 强度调制型光纤传感器 (b) 偏振调制光纤传感器 (c) 频率调制光纤传感器 (d) 相位调制传感器上一页下一页返回 (a)强度调制型光纤传感器利用被测对象的变化引起敏感元件参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。应用：压力、振动、位移、气体优点: 结构简单、容易实现、成本低。缺点: 易受光源波动和连接器损耗变化等的影响上一页下一页返回（b）偏振调制光纤传感器利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息应用：电流、磁场传感器：法拉第效应；电场、电压

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