光纤传感器+红外传感器课件

8.5光纤传感器81光导纤维导光的基本原理保护层护套包层纤芯石英光纤及刨品图8-40光纤的基本结构光纤传感器+红外传感器8.5光纤传感器81光导纤维导光的基本原理保护层护套包层纤芯石英光纤及刨品图8-40光纤的基本结构8.5光纤传感器81光导纤维导光的基本原理1.光导纤维的结构光纤结构如图840所示纤芯,玻璃或石英,直径Φ为几十微米,折射率n1;包层,玻璃或塑料,Φ=100-200um,折射率n2;保护层,塑料,折射率n3;其中n2<m3<1,故称为阶跃型光纤,光在纤芯中传播此外还有一种梯度型光纤,其断面折射率分布从中央高折射率逐步变化到包皮的低折射率保护层图840光纤的基本结构临界角0a8.5光纤传感器2.光导纤维的导光原理光纤导光是利用光传输的全反射原理,如图8-4所示包层纤芯图8-41光纤导光示意图8.5光纤传感器81光导纤维导光的基本原理1.光导纤维的结构光纤结构如图840所示纤芯,玻璃或石英,直径Φ为几十微米,折射率n1;包层,玻璃或塑料,Φ=100-200um,折射率n2;保护层,塑料,折射率n3;其中n2<m3<1,故称为阶跃型光纤,光在纤芯中传播此外还有一种梯度型光纤,其断面折射率分布从中央高折射率逐步变化到包皮的低折射率保护层图840光纤的基本结构临界角0a8.5光纤传感器2.光导纤维的导光原理光纤导光是利用光传输的全反射原理,如图8-4所示包层纤芯图8-41光纤导光示意图8.5光纤传感器由几何光学的折射定律可得出nosing=nsine(8-10)sinek=n,r(8-11)由以上两式可以推出sin8=(n,/no)sin,=(n,/no)sin(o0-02)-sino(8-12)b几1SInn2-n2sim2O,(空气空气折射率n0≈1)8.5光纤传感器当01=m/2临界状态时,0=0,折射光线CK变为CG,式(8-12)变为NA(8-13)纤维光学中把sn定义为“数值孔径”NA(NumericalAperture)。由于n1与n2相差较小,即n1+n2≈2m1,则式(813)又变为MA=sinO≈n√2△式中,△=(n1-n2)/1,称为相对折射率差。由此可得91=90°时,sine1=sine=NA,0=resina;01>90时,光线发生全反射,0<0=aresinNA1<909时,式(8-12)成立,可以看出sine;>sine=NA,01>aresinNA,光线散失。85光纤传感器0是入射光线在纤芯中全反射传输的临界角,只要入射角小于θ,全反射条件成立。NA越大,θ也越大,满足全反射条件的入射光的范围也越大。因此,NA是光纤的一个重要参数。传感器所用光纤一般要求:02≤NAs04(1l5°≤0≤23.6°);传输损耗<10dB/km。光纤的“模”光纤中能传输的光波是其横向分量在光纤中形成驻波的光线组。这样一些光线组称为“模”。通信技术上常用的光纤模式·单模(基模)光纤:Φ5-10μm纤芯,只能传输一个模式(基模)的光波;85光纤传感器光在光纤中的传播ecy8.5光纤传感器852光纤传感器的结构和类型结构:光纤传感器一般由光源、敏感元件、光纤、光敏元件(光电接收)和信号处理系统组成类型●按工作原理分类1.功能型光纤传感器利用光纤本身的某种特性或功能制成的传感器,如图8-42(a)所示。功能型光纤传感器只能用单模光纤。2.传光型光纤传感器光纤仅仅起传输光波的作用,必须在光纤端面加装其它敏感元件,才能构成传感器,如图842(b)所示。传光型光纤传感器主要采用多模光纤。8.5光纤传感器被测对象光源光导纤维敏感元件光敏元件L光源光导纤维被测对象测得信息被测对象光敏元件光导纤维敏感元件得信息光敏元件发光元测得信息b)图8-42光纤传感器类型(a)功能型;(b)传光型8.5光纤传感器●按对光波的调制方式分类:1强度调制型光纤传感器利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器2相位调制型光纤传感器利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播常数发生变化,而导致光的相位变化,然后用