光纤传感器1--大学ppt课件.ppt

（b）光弹性式光纤压力传感器 光弹性效应：晶体在受压后其折射率发生变化，从而呈现双折射现象。 1 光源 2、8 起偏器 3、9 1/4波长板 4、10 光弹性元件 5、11 检偏器 6 光纤 7 自聚焦透镜 上一页 下一页 返 回 * 光弹性式光纤压力传感器 2 在光弹性元件上加上质量块后，也可用于测量振动、加速度 上一页 下一页 返 回 * （c）微弯式光纤压力传感 基于光纤的微弯效应，即由压力引起变形器产生位移，使光纤弯曲而调制光强度。 1 聚碳酸酯薄膜 2 可动变形板 3 固定变形板 4、5 光纤 微弯式光纤水听器探头 上一页 返 回 * 4.4 光纤传感器 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 4.4 光纤传感器 4.4.1 光导纤维的结构和导光原理 4.4.2 光导纤维的主要参数 4.4.3 光纤传感器结构原理 4.4.4 光纤传感器的分类 4.4.5 光纤传感器的特点 4.4.6 光纤传感器的应用 上一页 下一页 返 回 * 4.4.1 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 * 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， Sin θi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 * 4.4.2 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 * 4.4.3 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 * 4.4.4 光纤传感器的分类 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、PM SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM a a a a a ? ? ? ? 非 干 涉 型 光纤传感器强度调制 遮光板断光路 半导体透射率的变化 荧光辐射、黑体辐射 光纤微弯损耗 振动膜或液晶的反射 气体分子吸收