光纤传感器 课件

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1、光纤传感器opticalfibersensor光纤传感优点：灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。上一页下一页返回光纤传感器光导纤维的结构和导光原理光导纤维的主要参数光纤传感器结构原理光纤传感器的分类光纤传感器的特点光纤传感器的应用上一页下一页返回光导纤维的结构和导光

2、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n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故n0≈1上一页下一页返回当θr=90°的临界状态时，Sinθi定义为“数值孔径”NA（NumericalAperture）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

3、被全反射传播。上一页下一页返回wheretheeffectoftotalinternalreflection(TIR)isused.Theangleofatotalinternalreflectionisafunctionoftherefractiveindex:Whenlightentersthefiber,itisimportanttodeterminethemaximumangleofentrywhichwillresultintotalinternalreflections).Ifwetakethatminimumangleo

4、faninternalreflection,thenthemaximumanglecanbefoundfromSnell’slaw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thevalueiscalledthenumericalapertureofthefiber

5、Inpractice,thenumericalapertureisdefinedastheangleatwhichlightintensitydropsbysomearbitrarynumber2.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

6、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Thebasicideaforuseoffiberopticsinsensingistomodul

7、ateoneorseveralcharacteristicsoflightinafiberand,subsequently,toopticallydemodulatetheinformationbyconventionalmethods.Astimulusmayactonafibereitherdirectlyoritcanbeappliedtoacomponentattachedtothefiber’soutersurfaceorthepolishedendtoproduceanopticallydetectablesignal光纤

8、传感器的分类上一页下一页返回传感器光学现象被测量光纤分类干涉型光纤传感器相位调制干涉（磁致伸缩）干涉（电致伸缩）Sagnac效应光弹效应干涉电流、磁场电场、电压角速度振动、压力、加速度、位移温度SM、PMSM、PMSM、