光导纤维和光纤传感器

1、关于光导纤维与光纤传感器第一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 例如，在石英中加入折射率低于石英的B2O3，即包层材料为B2O3SiO2 例如，在石英中加入折射率高于石英的GeO2或P2O3；称为锗-硅光纤或磷-硅光纤。 纤芯是由玻璃、石英或塑料等制成的圆柱体，一般直径约为5150微米. 围绕着纤芯的那一层叫包层，材料也是玻璃或塑料等。 纤芯的折射率n1(1.5)包层的折射率n2(1.485)。 外套起保护光纤的作用，其折射率n3包层的折射率 由于纤芯和包层构成了一个同心圆双层结构，所以光纤具有使光束封闭在纤芯里面传输的功能。通常人们又把较长的或多股的光纤称之为光缆。一 光导纤维基础知

2、识（一）光纤的结构光纤由纤芯、包层及外套组成纤芯包层套塑涂覆层芯包间相对折射率差为:第二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 梯度型光纤：纤芯内的折射率从中心轴线开始沿径向按抛物线规律变化,中心轴线折射率最大,光在传播中会自动地从折射率小的界面处向中心会聚. 在纤芯内，中心光线沿光纤的轴线传播，通过轴线的子午光线呈正弦波曲线。 梯度型光纤又称为自聚焦光纤,其折射率分布为 纤芯的折射率n1分布均匀，固定不变；包层内的折射率n2分布也大体均匀，但纤芯到包层的折射率变化呈台阶状。 在纤芯内，中心光线沿光纤的轴线传播，通过轴线的子午光线呈锯齿形轨迹。那么什么是子午光线？(二)光纤的种类 (1)

3、根据折射率的变化规律，光纤分为阶跃型(Step Index Fiber)和梯度型(Graded Index Fiber)两种 阶跃型光纤: 折射率折射率第三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 归一化频率是光纤的最重要的结构参数，是一个直接与频率成正比的无量纲的量，它能表征光纤中传播模式的数量。 光纤中只允许传播一个模式，即基模。V2.405也就是单模光纤单模传输的条件 单模光纤在给定的工作波长上，只能传输单一基模（HE11），其它高阶模均被截止。 (3) 根据传播波长，光纤分为短波长和长波长两种：短波长是0.85微米，长波长是1.3和1.55微米 “麦氏方程组+光纤的边界条件”的解就是

4、光纤中的可能传播的模式。 光纤中的模和光纤的性能参数有关：如纤芯直径大小，折射率分布因子，光纤芯包的相对折射率差，数值孔径和传播的波长等有关。 (2) 根据传输模式，光纤分为单模和多模两种 什么是光纤中的模式？ 光纤中的模式：是指电磁场在光纤中可能的存在方式，可能的传播方式。 光纤中的模大略可分为两类：传导模和辐射模 在光纤中还有一个比较有用的归一化频率参数V第四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月（三）光纤的传光原理 当光线以较小的入射角由光密媒质n1射入光疏媒质n2时若继续加大入射角,使得折射角为90度，此时入射角为？ 2折射光反射光1入射光折射率n2折射率n1界面法线 折射光 若继

5、续加大入射角, 光不再产生折射，而只有在光密媒质中的反射，即形成了光的全反射现象第五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 本征吸收是物质固有的,主要由紫外红外波段电子跃迁与振动跃迁引起.杂质吸收由于材料的正过渡离子的电子跃迁和OH-的分子振动引起.原子吸收由于强烈的热和光或者辐射使光纤材料受激出现缺陷而致. 光纤的弯曲也会造成散射损耗：光纤边界条件的变化，使光在光纤中无法进行全反射传输。光纤的弯曲半径越小，造成的散射损耗越大。 多模短波长(0.8-0.9m)光纤为2.5dB/km-3dB/km；多模光纤损耗的指标大致为： 散射损耗是由于光纤材料的不均匀或存在缺陷引起的。如瑞利散射就是由于

6、材料的缺陷引起折射率随机性变化所致。 例如:“1966年，高锟用纯度极高的玻璃纤维在超过100km的距离以上成功传输了光信号，而在60年代普通的纤维只能传输光信号20m远。” 物质对光的吸收作用将使传输的光能变成热能，造成光能的损失 入射光纤中的光，由于存在着费涅耳反射损耗、吸收损耗、全反射损耗以及弯曲损耗等，光纤不可能百分之百地将入射光的能量传播出去。(四)光纤的传输特性表征光纤时的特性参数有：传输损耗色散容量 抗拉强度 集光本领1、传输损耗 当光纤长度为L，输入与输出的光功率分别为Pi和P0时,光纤的损耗系数光纤损耗主要包括吸收损耗和散射损耗 OH-离子难以根除,其分子振动跃迁在波段0.8

7、5m,1.31m,1.55m吸收很少,最小在1.55m 吸收损耗包括:本征吸收,杂质吸收和原子吸收.多模长波长(1.5m)光纤为1dB/km-1.5dB/km；单模长波长光纤为0.2dB/km-0.5dB/km。 杂质：金属离子Fe、Co、Ni、Mn第六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月梯度型光纤的时延差为： 对长波长光纤来说，在1.3m附近有零色散区，这是目前较长距离大容量光纤通信选择1.3m为中心波长的主要原因！ 模式色散实际是指光线到达接收端的时延差！阶跃型光纤的时延差为： 材料的折射率随波长的变化而变化，因光信号中各波长分量的群速度不同而引起的色散称为材料色散(又称为折射率色散

8、)； 光纤的色散就是输入脉冲在光纤内的传输过程中，由于光波的群速度不同而出现的脉冲展宽现象。 由于波导结构不同，某一波导模式的传播常数随着信号角频率变化而引起的色散称为波导色散(结构色散)； 在多模光纤中由于各个模式在同一角频率下的传播常数不同，群速度不同而产生的色散称为多模色散(又称为模式色散) 。 光纤色散使传输的信号脉冲发生畸变，从而限制了光纤的传输带宽.2.色散 (1)材料色散(2)波导色散(3)多模色散三种色散的大小顺序是:多模色散材料色散波导色散光纤色散材料色散波导色散多模色散 单模光纤不存在模式色散,但由于它存在两个相互垂直的线偏模,因此存在偏振色散对单模光纤而言：处衰减量较大，

9、但总色散为0；处衰减量最小，但色散值较大； 为了得到衰减量小，色散值为0的光纤，采用0色散迁移的办法，把0色散位置从第七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 输入光纤的可能是强度连续变化的光束,也可能是一组光脉冲,由于光纤色散现象,会使脉冲展宽,造成信号畸变,从而限制了光纤的信息容量和品质。 设光源的中心频率为 ，带宽为 ，某一模式光的传播常数为 ，则总的延迟增量为 式中： ； ，c为真空中的光速。3.容量光脉冲的展宽程度可以用延迟时间来反映。 光纤的弯曲性与光纤的抗拉强度有很大关系。抗拉强度大的光纤,不仅强度高,可挠性也好。同时,其环境适应性能也强。 4.抗拉强度 光纤的抗拉强度取决于

10、材料的纯度、分子结构状态、光纤的粗细及缺陷等因素。第八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月如果那么 光纤波导的弱导条件是光纤与微波介质圆波导之间的重要差别之一. 弱导的基本含义：很小的折射率差就可能构成良好的光纤波导结构，而且为工艺制造提供了方便。假设芯包间的相对折射率差为： 5.收光本领 光纤的数值孔径NA定义为：当光从空气中入射到光纤端面时的光锥半角之正弦： 光锥的大小是使此角锥内所有方位的光线一旦进入光纤，就被截留在纤芯中，沿着光纤传播。 对于阶跃型光纤，其数值孔径可表示为 光纤的集光本领与数值孔径有密切的关系:数值孔径只决定于光纤的折射率，与光纤的尺寸无关从真空入射时：光纤波导的

11、弱导条件想一想：该公式是怎么得到的？ 光纤可以做得很细使之柔软、弯曲。当光纤的数值孔径最大时，光纤的集光本领也最大。数值孔径的数值一般为：0.20-0.25A计算数值孔径NA第九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件。 光纤弱耦合是通过光纤的弯曲或使其耦合处成锥状.于是,纤芯中的部分传导模变为包层模,再由包层进入耦合臂中的纤芯,形成传导模。 把光纤埋入玻璃块的弧形槽中，将其侧面研磨抛光，使光纤耦合处的包层厚度达到一定的要求，然后将两根光纤拼接在一起。(五)光纤的耦合光纤的耦合分为强耦合和弱耦合两种 光纤强耦合是光纤纤芯间形成直通，传输模直接进人耦合

12、臂 常用的耦合方式有三种：拼接型(2) 将两根光纤稍加扭绞，用微火炬对耦合部位进行加热，在熔融过程中拉伸光纤，最后拉细成型。熔融拉锥型 此时,在两根光纤的耦合部位形成双锥区,两根光纤包层合并在一起,纤芯变细并靠近,形成了一个新的合成光波通路.根据靠近程度的不同,可构成弱耦合或强耦合。 Pin耦合臂直通臂第十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 还可通过控制扭力或张力，调节光纤间距，以达到调节光纤耦合强弱的目的。(3) 将光纤的局部外套去掉剥离护套扭绞固化然后进行加固。腐蚀 腐蚀掉光纤耦合部位的大部分包层，并将两根光纤的纤芯紧紧扭绞在一起；第十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月

13、在检测技术中光纤照明器常制成叉型，又叫做Y形光纤耦合器。合成一端作为探头，探测待测信息；两枝分束光纤一枝接受光源的光，另一枝输出返回探头的光，从而使光电探测器获得所需的光信息。 二 光导纤维的应用 光导纤维除应用于光通信,传感器外,还可用于导光和传像。（一）光纤在直接导光方面的应用 利用光纤柔软可弯曲的特点，可按需要制成各种导光器1.光纤照明器 1) 线状照明 光源所发之光经透镜进入圆形光纤束的一端，另一端可以排成圆形、方形或三角形等多种形状，实现所需形状的光输出。 光源所发的光汇聚进入光纤束的一端，另一端按需要由多束光纤输出，分别照明所需照明的位置。2) 多路照明3）检测照明第十二张，PPT

14、共三十六页，创作于2022年6月2光纤束行扫描器条状光源 待测物 光电探测器 转换器 多种光的合成:利用光纤比利用光学系统方便得多。 3光纤直接导光的应用 激光手术刀:利用光纤束传输激光，使激光能量以高入射功率密度(110W)聚焦在人体某部分组织表面上，辐射能被人体组织吸收、升温、最后气化而切除。 激光加工、加热，以及海底供能:采用光纤束传输能量是最佳的方案。 直线-圆环光纤转换器和Z型导光管可以对移动目标实现图象信号的采集。 条状光源照明移动的带状待测物的一行,线状排列的光纤将光源所照明的那一行物体的信息采入，并传递到光纤圆环上。 Z型导光管以输出光轴为旋转轴扫描圆环，将圆环光纤输出信息按时

15、序由聚光镜会聚于光电探测器上。光电探测器输出的时序信号就是对待测物的扫描信号。第十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 利用光纤传像束可弯曲的特点，可制成各种内窥镜，以实现对用一般光学方法难以观察到的地方进行窥视。医用光纤内窥镜主要由光源及传光部分，成像部分、传像部分和观察记录部分组成。 许多工作场合需要对多处目标进行切换观察，可采用光纤图像换向系统来实现。它由目标图像采集系统、图像切换系统，以及观察和记录系统等组成。 完成传像功能的光纤制品主要是光纤传像束和硬性光纤器件(光纤面板、扭像器和光纤锥等)。(二) 光纤制品在传像方面的应用1.各种内窥镜2.光纤图像换向器光纤传像束 物镜L

16、图像切换系统由旋转棱镜P及有关机构组成。棱镜P按要求转动，使待观察的目标像引入棱镜后或转到观察系统B供人眼观看。或转到记录器A记录图像。只需转动棱镜P就可对N个目标进行依次观察或选择观察。 第十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 生产OFP的材料主要是稀有金属、金属和非金属的氧化物。芯要选用高折射系数的原料,如氧化钡、氧化锆等;包皮要选用低折射系数的原料,如:二氧化硅、氧化钾、氧化钠、三氧化二铝等;光吸收层是在包皮玻璃的基础上再加入着色剂如:氧化钴、氧化铁、二氧化锰、氧化镍等。光吸收玻璃是一种不透明的黑色玻璃,其作用是将穿透包皮玻璃的杂散光吸收掉,以提高图像的对比度及分辨率。 OFP

17、：用多根单光纤经热压工艺而制成真空气密性良好的光纤棒，然后进行切片、抛光而成的一种可传递光学图像的光纤器件；是一种板状传像元件，其形状各式各样: 据端面的形状分：双平面型和平-凹球面型； 平-凹球面型的OFP用于制作准球对称电子光学系统的像管 据传像性能分为普通OFP、变放大率的锥形OFP和传递倒像的扭像器 OFP主要由三种玻璃组成:芯玻璃、包皮玻璃、光吸收玻璃 如前所述,光纤面板属于工艺性较强的技术产品。工艺过程中有许多技术秘密 , 每种玻璃的配方是生产光纤面板的技术关键,国外有不少这方面的专利。国内各厂家对配料均为保密技术,生产工艺也不尽完全相同。 用光纤面板作为单管的输入和输出窗,使级间

18、直接耦合,会极大地提高光能的利用率,光纤面板还可校正电子光学系统产生的场曲,例如光纤面板平像场器 在真空光电器件和真空摄像器件中，光纤面板主要是用来充当输入窗口、输出窗口或管内传像器件。 光纤面板的基本生产过程和工艺流程为:玻璃的配料及熔制、拉丝、排板、热压、冷加工、检验。其中化料、拉丝和热压是关键工序。 光学面板具有传光效率高，级间耦合损失小，传像清晰、真实，在光学上具有零厚度等特点。 为了正确传递图像，光纤间必须相关排列，由棒中切出的每块面板的输入与输出端面空间阵列相对应。3 光纤面板 OFP(Optic Fiber Plates )场曲：指整个像平面是一个曲面 芯玻璃是一种高折射率玻璃,

19、是光的通路;包皮玻璃为低折射率玻璃,起界面全反射作用; 一代像增强器：输入和输出窗均由OFP构成；这是利用了OFP之间通过光学接触即可传像的性能，可直接耦合OFP使得像增强器获得的优点是： 增加了传递图像的传光效率；提供了采用准球对称电子光学系统的可能性，改善了像质；可制成锥形OFP或光纤扭像器。第十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 锥形光纤所组成的OFP称为锥形OFP,具有放大和缩小图像的作用；锥形OFP传递图像的原理和普通OFP相同，只是图像传递的放大率不为1 若OFP能成倒像这种OFP称之为光纤倒像器；光纤扭像器是将图像旋转180o后输出，使倒像转为正像。 光纤倒像器目前主要

20、用来代替微光夜视仪中的中继透镜系统，也被广泛应用于需要倒像的装置中通过倒像器光锥广泛应用于像增强器耦合以及电视成像和先进的光电成像应用方面锥形光纤？第十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三环带光：是光纤外皮向内芯串光产生的光环OFP在光纤内只传递入射角小于孔径角的光线，大于孔径角的光线的一部分将要由光纤芯折射到外皮中形成杂散光，从而破坏图像的传递特性表征光学元件集光性能的参数是数值孔径当入射面与子午面夹角为时，数值孔径为OFP的有效传光效率总是小于1降低有效传光效率的因素有入射到光纤外皮的光全部是无效的，一般OFP的外皮截面积占总截面积的比列约为30%；光线在OFP的的端面上及界面

21、处的反射损失；光线在光纤之间的串光损失。串光损失原因：三环效应（出射角最小的第一环带光；出射角相等的第二环带光；出射角最大的第三环带光）第一环带光：是光纤内芯向外皮串光产生的光环第二环带光：是光纤内芯经全反射产生的光环；也有入射到光纤外皮又由外皮出射的光第十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月也叫探针型光纤传感器。典型的例子有光纤激光多普勒速度传感器、光纤辐射温度传感器和光纤液位传感器等 光纤传感器：可作为加速度、角加速度、速度、角速度、位移、角位移、压力、弯曲、应变、转矩、温度、电压、电流、液位、流量，流速、浓度、pH值、磁场、声强、光强、射线等70多个物理量的传感器。但实用的还很少

22、，是一个发展潜力极大的领域。三 光纤传感器的分类及构成（一）光纤传感器分类光纤在传感器中所起的作用功能型（传感型）非功能型（传光型） 传感型(功能型)光纤本身既是传输介质又是敏感元件 这种非功能型光纤传感器,不需要外加敏感元件,光纤把测量对象所辐射、反射的光信号传输到光电元件 非功能型光纤只是信息传输介质，而敏感元件（或没有敏感元件）要采用其它元件特点:非接触式测量，精度较高第十八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 非功能型光纤传感器的特点：结构简单、可靠，技术上易实现。但其灵敏度、测量精度一般低于功能型光纤传感器。 功能型传感器的特点:具有很高的灵敏度。尤其是利用各种干涉技术对光的相

23、位变化进行测量的光纤传感器，具有极高的灵敏度。 功能型传感器的缺点是：技术难度大，结构复杂，调整较困难。 功能型光纤传感器 利用光纤本身的特性受被测物理量的作用而发生变化,使光纤中光的属性(光强、相位、偏振态、波长)被调制这一特点而构成的一类传感器。光强调制型相位调制型偏振态调制型波长调制 功能/非功能型典型例子光纤电压传感器光纤电流传感器光纤位移(压力)传感器泡克耳效应法拉第效应微弯效应第十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月（二）光纤传感器的基本构成光纤传感器的基本组成光纤、光源和光电探测器1.光源白炽灯、激光二极管（LD）和发光二极管(LED)等0.80.9 选择光源时，根据系统

24、的用途和所用光纤的类型，对光源还要提出功率和调制的要求0.31.1 2.光电元件 普通光电二极管雪崩光电二极管肖特基光电二极管光电晶体管电荷耦合器件光电导体光电倍增管光纤传感器常用光电探测器比较常用激光二极管具有亮度高易于进行上吉赫的直接调制、尺寸小等优点第二十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月2）光纤传感器的几何形状适应性强。由于光纤所具有的柔性，使用及放置均较为方便。8）光纤传感器的最大优点在于它们探测信息的灵敏度很高。 3）光纤传感器的传输频带宽，带宽与距离之积可达30MHZkm-10GHZkm之多。5）光纤传感器通常既是信息探测器件，又是信息传递器件。4）光纤传感器无可动部分、

25、无电源，可视为无源系统，因此使用安全，特别是在易燃易爆的场合更为适用。6）光纤传感器的材料决定了它有强的耐水性和强的抗腐蚀性。7）由于光纤传感器体积小，因此对测量场的分布特性影响较小。1）光纤传感器的电绝缘性能好,表面耐压可达4kV/cm，且不受周围电磁场的干扰。（三）光纤传感器的优点与电量传感器相比较，光纤传感器有许多优点：这些优点要理解,要记住,要会用第二十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 光的频率约为1014Hz,光电探测器不能跟踪以这样高的频率变化的瞬时值,因此,光波的相位变化是不能够直接被检测到的。为此,应用干涉技术将相位调制转换成振幅(强度)调制。 光纤传感器常采用马赫

26、泽德(Mach-Zehnder)干涉仪等干涉测量仪。光纤轴向应变 长为L,纤芯折射率为n1的单模光纤中,波长为 的输出光相对输入端来说,相角为 波长为的相干光在光纤中传播时，光波的相位角与光纤的长度L、纤芯折射率n1和纤芯直径d有关。光纤受到物理量的作用时，这三个参数就会发生不同程度的变化，从而引起光的相位角的变化。（四）功能型光纤传感器（一）相位调制型光纤传感器1.相位调制原理 应用光的相位检测技术可以测量温度、压力、加速度、电流等物理量。当光纤受到物理量的作用时,相位角变化量第二十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月从而使合成光强的强弱随着相位的变化而变化。 激光器发出光被分束器分

27、成两束，分别耦合到传感光纤和参考光纤中。 传感光纤置于被测对象的环境中感受压力(或温度)信号;参考光纤不感受被测物理量。这两根单模光纤构成干涉仪的两个臂,再通过光纤耦合器组合起来,以便产生相互干涉,形成一系列干涉条纹。 当传感光纤感受到温度变化时,光纤的折射率会发生变化。同时光纤的热胀冷缩使其长度发生改变。通过光电探测器，就可以将合成光强的强弱变化转换成电信号的大小变化? 利用马赫-泽德干涉仪测量压力或温度的相位调制型光纤传感器组成原理图2.相位调制型光纤压力和温度传感器长度和折射率的变化,将会引起相位角变化。这样,传感光纤和参考光纤的两束输出光的相位也发生了变化?把光电探测器的光敏面放在干涉

28、场中,干涉场光强将转换为光电流输出,光电流的交流量为? 由图可见,26时两光纤中的光同相,输出光电流最大。随着T的上升,相位增加光电流逐渐咸小。T为26.03相移 弧度,光电流达到最小值。T上升到26.06相移增加到2 弧度,光电流又上升到最大值。这样,光的相位调制便转换成电流信号的幅值调制。 第二十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 当活动板受到微扰作用时，光纤就会发生微小弯曲，使光在纤芯中重新分配：一部分光从纤芯进入包层；另一部分光反射回纤芯。 当活动板的位移或压力增加时：泄漏到包层的散射光随之增大,光纤芯模的输出光强度就减小，通过检测光纤输出光的强度就能测出位移(或压力)信号。

29、 基本原理：光纤微弯产生的弯曲损耗。这类传感器常用多模光纤制作。 光纤微弯传感器的一个突出优点：传输光束基本上束缚在光纤内部，适合在比较恶劣的环境中使用。(二)光强调制型光纤传感器 传感器还具有：分辨率高、结构简单、动态范围宽、性能稳定等优点。可以检测到100Pa的压力变化 光强调制型光纤传感器的典型例子：光纤微弯位移和压力传感器。 光纤微弯传感器由两块波形板（变形器）构成：一块固定，另一块可以活动。光纤从一对波形板之间通过。第二十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 受磁场作用后的光束经物镜耦合到偏振棱镜，分解成振动方向相互垂直的两束偏振光，分别进入两个光探测器，再经信号处理后输出信

30、号： 当通过的电流为I时，由此产生的磁场强度H为: 根据法拉第旋光效应：由电流所形成的磁场会引起光纤中线偏振光的偏转。检测偏转角的大小，就可得到相应的电流值只要系统的V和N一经确定，就可通过输出信号P的大小，获得被测输电线上的电流值。 传感器适用于高压输电线大电流的测量，测量范围为01000A 由法拉第旋光效应引起的光纤中线偏振光的偏转角为 (三) 偏振态调制型光纤传感器偏振态调制型光纤电流传感器原理图:这公式怎么来的?E i渥拉斯顿棱镜前偏振光的方向为E0E0光纤是单模光纤从图可以看出该传感器主要由哪些器件组成?eoEi45E0I渥拉斯顿棱镜放置：e光或者o光的振动方向与起偏器轴的方向成45

31、。下面求偏振度P？想一想:渥拉斯顿棱镜原理?I1I2第二十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 由右上图可以看出，半导体对光的吸收随长波限的变短而急剧增加(在T一定时)，即透过率急剧下降，那么在光源一定的情况下，通过半导体的透射光强随温度T的增加而减小。五 非功能型光纤传感器（一）传输光强调制型光纤传感器 传感器光源的光谱应与半导体的吸收光谱互相匹配。该系统的温度测量范围为-20300。精确度约为3。响应时间常数约2s，能在强电场环境中工作。 传感器的关键部件是半导体光吸收片，它的本征吸收长波限随温度增加而向长波长的方向位移。 传输光强调制型光纤传感器：是在输入光纤与输出光纤之间放置有

32、机械式或光学式的敏感元件。 敏感元件在物理量的作用下对传输的光强进行调制，如吸收光的能量、遮断光路、改变光纤之间的相对位置等。第二十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 系统由光源、压力膜片、光敏二极管、Y形光纤束和放大器等组成。压力膜片感受平均压力和脉动压力以及反射光；膜片的内表面抛光后镀一层反射膜，以提高反射率。 Y形光纤束约由3000根直径为50微米的阶跃型光纤(NA=0.603)集束而成。它被分成纤维数目大致相等、长度相同的两束：发送光纤束和接收光纤束。为了补偿光源光功率的波动以及减少光敏二极管的噪声，系统增加了一根补偿光纤束。(二)反射光强调制型光纤传感器 系统的优点：频响范

33、围宽;脉动压力的频率在018kHz的范围内变化;灵敏度高,输出幅度大,放大后的输出信号可达几伏;结构简单,容易实现。 由膜片的挠度理论知，周边固定的圆形平膜片，其中心位移与压力成正比。当压力变化时，膜片与光纤端面之间的距离将线性变化。因此，光纤接收的反射光强度也将线性变化。 是光纤动态压力传感器，是一个反射光强调制型的光纤传感器。第二十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 如右图所示，发射机发射出的电磁波向被测物体传输，以速度V向发射机运动的被测物体接收到的信号频率为 当发射机和接收机处于同一地点且无相对运动，而被测物体以速度V相对于发射机和接收机运动时，可以把被测物体对信号的反射看成

34、是又一个运动的发射机在发射信号。这样，接收机和被测物体之间因有相对运动，就产生了多普勒效应。 假若发射机与接收机之间的位置在不断变化，则接收机收到的信号与发射机发射的信号频率就不同，这一现象为多普勒效应。（三）频率调制型光纤传感器频率调制型光纤传感器，原理是光学多普勒效应?由多普勒效应产生的频率之差称为多普勒频率 若把 看成新的发射机向与发射机同地点的接收机发射的信号，如右图所示，则接收机接收到的信号频率为：第二十八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 当激光沿着光纤投射到运动物体A上时，被物体A反射的光与光纤端面的反射光(起参考光作用)一起沿着光纤返回。光学多普勒效应 那么从S射出的频率为 的光，经过运动物体P散射，观察者在Q处观察到的频率