《新型传感器2》ppt课件

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1、新型传感器光纤传感器光(导)纤(维)是20世纪70年代的重要发明之一，它与激光器、半导体探测器一起构成了新的光学技术，创造了光电子学的新天地(领域)。光纤的出现产生了光纤通信技术，特别是光纤在有线通信广播的优势越来越突出，它为人类21世纪的通信基础一——信息高速公路奠定了基础，为多媒体(符号、数字、语音、图形和动态图像)通信提供了实现的必需条件。由于光纤有许多新的特性，所以不仅在通信方面，而且在其他方面也提出了许多新的应用方法。例如，把待测量与光纤内的导光联系起来就形成光纤传感器。光纤传感器始于1977年，经过20余年的研究，光纤传感器取得了十分重要的进展，目前正进入研究

2、和实用并存的阶段。它对军事、航天航空技术和生命科学等的发展起着十分重要的作用。随着新兴学科的交叉渗透，它将会出现更广阔的应用前景。新型传感器——光纤传感器一、光纤结构和传光原理二、光纤分类三、光纤传感器基本工作原理及类型四、光纤传感器的调制器原理五、偏振调制型光纤传感器的应用举例六、光纤图像传感器应用举例一、光纤结构和传光原理光纤结构十分简单，它是一种多层介质结构的圆柱体，圆柱体由纤芯、包层和护层组成。纤芯材料的主体是二氧化硅或塑料，制成很细的圆柱体，其直径在5～75μm内。有时在主体材料中掺人极微量的其他材料如二氧化锗或五氧化二磷等，以便提高的折射率。围绕纤芯的是一层圆

3、柱形套层(包层)，包层可以是单层，也可以是多层结构，层数取决于光纤的应用场所，但总直径控制在100～200μm范围内。包层材料一船为SiO2，也有的掺人极微量的三氧化二硼或四氧化硅。与纤芯掺杂的目的不同，包层掺杂的目的是为了降低其对光的折射率。包层外面还更涂一些涂料，其作用是保护光纤不受外来的损害，增加光纤的机械强度。光纤最外层是一层塑料保护管，其颜色用以区分光缆中各种不同的光纤。当光在纤芯中传播时候，由于包层的折射率比纤芯的小，所以光从纤芯射向包层的过程中会发生全反射，光线就可以从光纤的一端传到另一端。二、光纤分类根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造工艺

4、，有如下几种分类方法：1．阶跃型和梯度型光纤根据光纤的折射率分布函数，普通光纤可分为阶跃型和梯区型两类。阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内的折射率分布大体上是均匀的，包层内的折射率分布也大体均匀，均可视为常数，但是纤芯和包层的折射率不同，在界面上发生突变，如下图(a)所示。光线的传播，依靠光在纤芯和包层界面上发生的内全反射现象。梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴线开始沿径向大致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。因此，光纤在纤芯中传播时会自动地从折射率小的界面向中心会聚，光纤传播的轨迹类似正弦波形。梯度光纤又称为自聚焦光纤。2．按材料分类(1)高

5、纯度石英(SiO2)玻璃纤维。这种材料的光损耗比较小，在波长λ＝1.2μm时、最低损耗约为0.47dB/km。(2)多组分玻璃光纤用常规玻璃制成，损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤，在波长λ＝0.84μm时，最低损耗为3.4dB/km。(3)塑料光纤。用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。当λ＝0.63μm时，损耗高达100～200dB/km；但重量轻，成本低，柔软性好，适用于短距离导光。3．按传榆模数分类(1)单模光纤单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类光纤传

6、输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯尺寸小，难以制造和耦合。(2)多模光纤。多模光纤纤芯直径约为50μm，纤芯直径远大于光的波长。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。4．按用途分类(1)通信光纤。用于光通信系统，实际使用中大多使用光缆（多根光纤组成的线缆），是光通信的主要传光介质。(2)非通信光纤。这类光纤有低双折射光纤、高双折射光纤、涂层光纤、液芯光纤和多模梯度光纤等几类。三、光纤传感器基本工作原即及类型1．光纤传感器基本工作原理光纤传感器的基本工

7、作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与输入调制区的光相互作用后，导致光的某些特性(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后获得被测参数。2．光纤传感器的类型光纤传感器按其传感器原理分为两大类：一类是传光型，也称为非功能型光纤传感器；另一类是传感型，或称为功能型光纤传感器。前者多数使用多模光纤，后者常使用单模光纤。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为传播光的介质，对外界信息的“感觉”功能是依靠其它功能元件来完成的。传感器中的光纤是不连续的,其间有中断