第七章 光纤传感器.ppt

第七章 光纤传感器 * * Fiber optic sensor(FOS) 第一节 光纤的基本概念 1、光纤的结构 n1n2 为什么？ 2、光纤的分类 材料 玻璃： 塑料： 折射率 阶跃型 梯度型 模式 单模： 多模： 损耗小 损耗大，但重量轻，成本低，柔软性好，适于短距离传输 纤芯很细（5-10um） 纤芯直径较粗（10um以上） 3、传光原理 由斯乃尔定理（Snell’s Law）可知： n1sinθ1=n2sinθ2 n1 n2 θ2 θ1 (a)光的折射示意图 n1＞n2 n1 n2 θ2 θ1 (b)临界状态示意图 n1 n2 θ2 θ1 (c)光全反射示意图 Sinθc=n2 /n1 2 q i q  j 0 n 0 n 2 n 1 纤芯 包层 2 j c j 1 数值孔径（NA）: 衡量光纤集光性能的一个重要参数。 4、传光损耗 费涅耳反射： 在端面处发生的反射损耗。可通过在端面镀膜来减小。 光吸收损耗： 与光纤纤芯的吸收系数和光纤总长度有关系。 全反射损耗： 全反射过程中，由于界面不平滑以及包层媒质的光吸收作用，而发生的损耗。 入射角越小，光程越短，反射次数越少，则全反射损耗越小。 5、光纤传感器的类型 传光型（非功能型NF）：光纤不是敏感元件，只是做为传光元件，仅作为光的传输回路。较易实现，无特殊要求，成本低，灵敏度低。 传感型（功能型FF）：光纤不仅起传光作用，同时又是敏感元件，即是利用被测物理量直接或间接对光纤中传送光的光强(振幅)、相位、偏振态、波长等进行调制而构成的一类传感器。灵敏度高，需用特殊光纤，成本也高。 光纤传感器的组成： 光源＋光纤＋光探测器 （a） 传感型； （b） 传光型 第二节 功能型光纤传感器 一、相位调制型光纤传感器 原理： 被测物理量的作用 （压力、温度） L、n1、d变化 变化 如何知道 变化多少？ 工作原理：利用光纤的各种效应，实现对外界被测参数的传感功能。 将相位调制转换为振幅调制（干涉测量仪） 二、光强调制型光纤传感器 微弯曲损耗原理：光纤发生微弯曲后，损耗会增大，从而输出光强减小。 光输入 光输出 活动板形器 光纤 固定板形器 光纤微弯曲位移（压力）传感器原理图 三、偏振态调制型光纤传感器 k E H 偏振光的表示法 法拉第旋转效应：当某些介质中传播的线偏振光受到沿光传播方向的磁场的作用时，线偏振光的偏振面会发生旋转，也叫磁光效应。 工作原理：基于法拉第旋转效应 探测器1 探测器2 光源 光纤 基于光纤磁光效应的电流传感器 高压输电线 偏 振 棱 镜 信号 处理 装置 输出 第三节 非功能型光纤传感器 一、传输光强调制光纤传感器 包层 纤芯 输入光 包层 纤芯 输出光 可动栅 固定栅 光栅调制光强的原理图 二、反射光强调制光纤传感器 光纤位移传感器