《光纤传感检测》PPT课件

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1、第七章光纤传感检测光纤传感器始于1977年，目前已进入研究与应用并重阶段。主要优点：①灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、可挠性强、可实现不带电的全光型探头。②频带宽、动态范围大。③可用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器④便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制⑤可用高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境。⑥结构简单、体积小、重量轻、耗能少。2光纤波导的结构套层一次涂覆层纤芯包层套层一次涂覆层包层纤芯多层介质结构：1、纤芯：石英玻璃，直径5-75um，材料以二氧化硅为主，掺杂微量元素。2、包层：直径100-2

2、00um，折射率略低于纤芯。3、涂敷层：硅酮或丙烯酸盐，隔离杂光，保护。4、尼龙或其他有机材料，提高机械强度，保护光纤。n23n2n1210①②n14n2光纤的临界角对应光纤的入射角临界值为：narcsin(2)22cnsinnnNAn001211、数值孔径（NA,NumericalAperture）NAnsin0022nnn21212r222rVnnNAkrn21201其中，r——是光纤的纤芯半径；λ——是光纤的工作波长；n1和n2——分别是光纤的纤芯和包层折射率；k0——真空中

3、的波数；∆——光纤的相对折射率差。2kncosncos110光纤通信中信息就是由传导模传送的。传导模的传播常数是限制在纤芯到包层之间的，即knkn0201n1n1~n2HE11kTE01EH110HETM1201EH21HE41TE02nHE21HE31HETM02222246V2r222rVnnNAkrn21201V模式导模总数0--2.405HE2112.405--3.832HE,TE,TM2+4=62101013.832--5.136HE,HE,EH6+6=121231115.136-

4、-5.520HE,EH12+4=1641215.520--6.380HE,TE,TM16+4=20220202....单模传输条件..多模传输的数目2NV2s2NV4s5、截止波长λc2r222rnnn2c121VVxc损耗的定义当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示：10PilgLP(单位：dB/km)o损耗大小影响光纤的传输距离长短和中继距离的选择。损耗的种类•吸收损耗：来源于光纤物质和杂质的吸收作用；•散射损耗：光纤材料的不均匀性和尺

5、寸缺陷，如瑞利散射；•其他损耗：如光纤弯曲也引起散射损耗。部分光纤传感器利用了光纤的损耗特性。16过渡族金属离子杂质离子的吸收OH-离子吸收损耗紫外吸收本征吸收红外吸收折射率分布不均匀制作缺陷芯-涂层界面不理想损耗气泡、条纹、结石散射损耗瑞利散射本征散射及其他布里渊散射拉曼散射弯曲损耗色散的定义光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不同波长成分传输同样距离而产生的时间差

6、。色散的种类•模式色散：模式色散是由于光纤不同模式在同一波长下传播速度不同，使传播时延不同而产生的色散。只有多模光纤才存在模式色散，它主要取决于光纤的折射率分布。•材料色散：材料色散是由于光纤的折射率随波长变化而使模式内不同波长的光时间延迟不同产生的色散。取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。•波导色散：波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的色散。取决于波导尺寸和纤芯包层的相对折射率差。18波导色散和材料色散都是模式的本身色散，也称模内色散。对于多模光纤，既有模式色散，又有模内色散，但主要以模式色散为主。梯度型光纤中

7、模式色散大为减少。而单模光纤不存在模式色散，只有材料色散和波导色散，由于波导色散比材料色散小很多，通常可以忽略。采用激光光源可有效减小材料色散的影响。7.1.4光纤传感器的分类光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器（FunctionFiberOpticSensor），又称FF型光纤传感器；利用光纤本身感受被测量变化而改变传输光的特性，光纤既是传光元件，又是敏感元件。另一类是非功能型传感器（Non-FunctionFiberOpticSensor），又称NF型光纤传感器。利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光信号的传输

8、介质。这类传感器利用光纤本身对被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。传光型光纤传感器的光纤只当作传播光的媒介，待测对象的调制功能是