传感器原理与技术课件：流量及流速检测

Trafficdetection流量及流速检测Trafficdetection流量检测流量检测流量的定义质量流量体积流量质量体积流量计量的应用热工行业的任何一个环节无法保证正常生产贸易交往流量计量不准确化学成分分配比例失调无法保证产品质量发生生产安全事故介质流量的测量和调节占有重要地位流量的准确与否保证发电厂在最佳参数下运行经济意义流量测量保证发电厂安全运行重要环节准确计量及时发出报警信号流量流速传感器的种类工作原理、应用场景等均不相同对选用和应用合适的传感器有所帮助了解常见种类的流量传感器流量检测的基本概念瞬时流量累积流量5min1h瞬时流量质量流量体积流量重量流量..................

以体积计算的单位时间内流过的流体量单位

流速：v通过微小面积的体积流量

体积流量

平均体积流量

2质量流量

以质量表示单位时间内通过的流体量单位

密度：ρ

质量流量

1h累积流量

累积体积流量

单位:

m³单位:

kg

质量累计流量流量检测条件流量检测方法非常多多样性复杂性流量检测方法的分类错综复杂检测量的不同体积流量检测质量流量检测1容积法在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断进行度量排出流体固定容积数计算流量1容积法流量检测仪表受流体的流动状态影响小测量高黏度流体测量低雷诺数流体2速度法测出管道内的平均流速乘以管道截面面积求得流体的体积流量2速度法较宽的使用条件利用平均流速计算流量管路条件的影响很大流动产生涡流截面上流速分布不对称测量误差2速度法质量流量的检测方法质量流量的检测方法测定单位时间内通过管道的质量确定流量1直接法2间接法对被检测物理量的直接测量判断被检测物的质量是否符合要求质量流量的检测方法测定单位时间内通过管道的质量确定流量1直接法2间接法20hm25hm通过运算间接获取流体的质量流量Thankyou谢谢大家谢谢大家Trafficdetection差压式流量计差压式流量计差压式流量计差压式流量计是一类历史悠久、技术成熟、应用广泛的流量计。历史悠久技术成熟应用广泛差压式流量计按其检测件的作用原理，可分为节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式和射流式等，其中以节流式和动压头式应用最为广泛。节流式动压头式水力阻力式离心式动压增益式射流式节流式的特点是：结构简单、使用寿命长、适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。节流式结构简单使用寿命长适应能力强测量各种工况流量根据节流原理测量流量如图4-1-1所示的差压式流量计由一次装置和二次装置组成，图4-1-1差压式流量计一次装置二次装置一次装置称为流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量（流速）成比例地压力差，供二次装置进行流量显示；图4-1-1差压式流量计一次装置流量测量元件产生与流量（流速）成比例地压力差二次装置进行流量显示二次装置称为显示仪表，它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。二次装置显示仪表接收测量元件产生的差压信号转换为相应的流量进行显示图4-1-1差压式流量计差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置（皮托管、均速管等）。一次装置节流装置或动压测定装置图4-1-1差压式流量计二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表。二次装置图4-1-1差压式流量计差压计的差压敏感元件多为弹性元件。差压敏感元件图4-1-1差压式流量计由于差压和流量呈二次方根关系，故流量显示仪表都配有开二次方装置，以使流量刻度线性化。差压和流量呈二次方根关系仪表配有开二次方装置流量刻度线性化流量计算装置显示累积流量方便经济核算发电厂主蒸气、给水、凝结水等的流量测量都采用这种传感器。流量计算装置它由三部分组成：①将被测值转换成差压值的节流装置；②信号的传输环节；③用来检测差压并转换成4～20mA标准电流信号的差压计或差压变送器。图4-1-2差压式流量计组成示意图4～20mAThankyou谢谢大家谢谢大家Electromagneticflowsensorstructure,principle,application同学们，今天我们主要学习电磁式流量计的工作原理、转换电路及应用场合。电磁式流量传感器结构、原理、应用电磁式流量传感器结构、原理、应用电磁流量传感器电磁流量传感器可以用来测量酸，碱，盐等腐蚀性液体或混有固体的液体，腐蚀性液体或混有固体的液体如泥浆和含有大量杂物的污水及粘度很大的介质。泥浆大量杂物污水粘度很大介质在化工、冶金、造纸、制药、轻纺、酿酒、食品、环保、化纤、水利等行业获得广泛应用。化工冶金造纸制药轻纺酿酒食品环保化纤水利广泛应用首先，我们先学习一下电磁流量计。电磁流量计测量流量的传感器与仪表随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异。工业生产的发展测量的准确度范围的要求流量测量技术日新月异为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前，已投入使用的流量计已超过100种。已投入使用的流量计已超过100种从不同的角度出发，流量计有不同的分类方法。常用的分类方法有两种：一是按流量计的结构原理进行分类；二是。流量计的结构原理流量计不同的分类方法流量计的测量原理法拉第电磁感应定律测量管内导电介质体积流量1.电磁式流量传感器电磁流量传感器是电磁流量计的组成部分，1电磁式流量传感器瞬时流量与体积流量分体式一体式电磁流量传感器和电磁流量转换器配套组成分体型电磁流量传感器，分体型电磁流量传感器装在管道上安装在离传感器200m以内2.工作原理电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。2工作原理法拉第电磁感应定律感应电动势电动势的大小与导体运动速度和磁感应强度大小成正比在图4-2-2中，当导电流体以平均流速v(m/s）通过装有一对测量电极的一根内径为D(m）的绝缘管子流动时，并且该管子处于一个均匀的磁感应强度为B(T）的磁场中，那么在一对电极上就会感应出垂直于磁场方向和流动方向的电动势E(V)。V（m/s）D（m）B（T）电动势E(V)由电磁感应定律可得E

BD

通常，体积流量qv(m³/s）可以写作电磁感应定律

体积流量qv(m³/s）电动势当B是个常数时流量qV与电动势E成正比则电磁流量转换器一方面向电磁流量传感器励磁线圈提供稳定的励磁电流，向电磁流量传感器励磁线圈提供稳定的励磁电流以达到图4-2-2中的B是个常量；同时把传感器感应的电动势放大、转换成标准的电流信号或频率信号便于流量的显示、控制与调节。——常量把传感器感应的电动势放大、转换成标准的电流信号或频率信号便于流量的显示、控制与调节c它广泛地适用于石油化工、钢铁冶金、给水排水、水利灌溉、水处理、环保污水总量控制、造纸、医药、食品等工、农业部门的生产工艺过程流量测量和控制；适用于导电液体的总量计量。图4-2-3转换器电路结构石油化工钢铁冶金给水排水水利灌溉水处理环保污水总量控制造纸医药食品工、农业部门的生产工艺过程流量测量和控制导电液体的总量计量接下来，我们来学习一下电磁流量计应用于水处理系统。电磁流量计应用于水处理系统各种流量计的测量原理以及构造不同水处理系统12这主要是因为电磁流量计具有以下几个优点：（1）测量不受被测液体的温度、压力或粘度的影响；（2）没有压力损失；能连续测量，测量精确度高；（3）口径范围和测量范围大，测量范围连续可调；与流速分布无关；电磁流量计的优点测量不受被测液体的温度、压力或粘度的影响；没有压力损失；能连续测量，测量精确度高；3口径范围和测量范围大，测量范围连续可调；与流速分布无关；45稳定性好，输出为标准化信号，可方便地进入自控系统；变送器导管内壁有衬里材料，具备良好的耐腐、耐磨性；6转换器体积小，消耗功率小，抗干扰性能强，便于现场观察；应用于水处理系统的电磁流量计的衬里材料多选用氯丁橡胶，因其有较好的耐磨性。衬里材料较好的耐磨性安装时远离外界的电磁场源以免影响传感器的工作磁场及流量信号传感器水平安装时，要求两个电极的中心轴线处于水平状态，防止颗粒杂质沉积，影响电极工作。传感器水平安装要求两个电极的中心轴线处于水平状态防止颗粒杂质沉积，影响电极工作测量管内应为满管不允许大量气泡通过传感器不能满足条件时采取相应措施同学们，本节课我们学习了电磁式流量传感器结构、原理、应用，大家都学会了吗？Thankyou谢谢大家谢谢大家Fundamentalsofultrasound,ultrasonicprobesandcoupling同学们，本节课我们一起来学习超声波的基本原理。超声波的基本原理、超声波探头与耦合超声波的基本原理、超声波探头与耦合超声波超声波是频率超过人耳听觉频率极限(大约为20kHz)机械波的总称，频率超过人耳听觉频率极限机械波的总称20kHz气体液体固体超声波在标准条件下空气中的速度大约是340m/s，在水中的速度为1440m/s。340m/s1440m/s超声波空气的测距标准频率——20kHz高频率的声波有较好的指向性发散度比较大由于高频超声波在空气中的发散和吸收散射衰减，超声波测距一般都限制在短距离(几十米以内)。高频超声波发散和吸收散射衰减测距限制在短距离(几十米以内)由于声波在水中的吸收散射衰减要小得多，吸收散射衰减小得多方向性更好频率更高测量范围可达千米的量级1.超声波的频率。振动在弹性介质内的传播称为波动,简称波。1超声波的频率波振动在弹性介质内的传播——波动频率在20Hz～20kHz之间,人耳所能听到的机械波称为声波；20Hz～20kHz声波低于20Hz高于20kHz声波频率的界限划分如图4-3-1所示。图4-3-1声波频率的界限划分当超声波由一种介质入射到另一种介质时,由于在两种介质中传播速度不同,因此在介质表面会产生反射、折射和波形转换等现象。在两种介质中传播速度不同反射折射波形转换2.超声波的波形由于声源在介质中的施力方向与波在介质中的传播方向不同,因此声波的波形也不同。2超声波的波形声源在介质中的施力方向与波在介质中的传播方向不同声波的波形不同超声波的波形通常有以下几种。①纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波。超声波的波形种类①纵波质点振动方向波的传播方向②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波。②横波质点振动方向波的传播方向③表面波：质点的振动介于横波与纵波之间,沿着表面传播的波。③表面波质点的振动介于横波与纵波之间横波只能在固体中传播,纵波能在固体,液体和气体中传播,而表面波随深度的增加衰减很快。固体固体、液体，气体随深度的增加衰减很快为了测量各种状态下的物理量,多采用纵波。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波固体、液体，气体3.超声波的反射和折射超声波从一种介质传播到另一介质时,在两个介质的分界面上一部分被反射回原介质,这部分称为反射波；图4-3-3超声波的反射和折射3超声波的反射和折射这样的两种情况分别称之为声波的反射和折射,如图4-3-3所示。接下来，我们来看看超声波探头。超声波探头换能晶片在电压的激励下发生振动频率高波长短绕射现象小方向好成为射线而定向传播以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。检测手段超声换能器超声探头超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。探测作用它有许多不同的结构，可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、直探头(纵波)斜探头(横波)表面波探头(表面波)兰姆波探头(兰姆波)双探头(反射\接收)其他专用探头超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片，构成晶片的材料可以有许多种。超声探头的核心塑料外套或者金属外套每个探头的性能不同大小、直径和厚度各不相同图4-3-5是压电式超声波探头的结构图,压电式超声波探头主要由压电晶片,吸收块（阻尼块）,保护膜等组成。图4-3-5压电式超声波探头的结构图压电晶片多为圆形板,厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成反比。压片晶体的两面镀有银层,作为导电的极板。超声波频率f与其厚度δ成反比厚度：δ导电极板吸收块的作用是降低晶片的机械品质,吸收声能量。降低晶片的机械品质吸收声能量激励电脉冲信号停止晶片继续振荡加长超声波脉冲宽度没有阻尼块无论是直探头还是斜探头，一般不能直接将其放在被测介质(特别是粗糙金属)表面来回移动，以防磨损。不能直接将其放在被测介质（特别是粗糙金属）表面来回移动以防磨损超声波的耦合更重要的是，由于超声探头与被测物体接触时，在工件表面不平整的情况下，探头与被测物体表面间必然存在一层空气薄层。空气薄层空气的密度很小，将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，而且空气也将对超声波造成很大的衰减。空气的密度很小空气对超声波造成很大的衰减为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。充满在接触层中传递超声波耦合剂的厚度应尽量薄一些，以减小耦合损耗。耦合剂的厚度应尽量薄一些减小耦合损耗常用的耦合剂有时为了减少耦合剂的成本，还可在单晶直探头、双晶直探头或斜探头的侧面，加工一个自来水接口。减少耦合剂的成本在使用时，自来水通过此孔压入到保护膜和试件之间的空隙中。使用完毕，将水迹擦干即可，这种探头称为水冲探头。水冲探头耦合剂的作用可以归纳为以下3点：（1）具有排除换能器与工件之间的空气，填充不平的凹坑和缝隙的功能，防止缝隙中的空气影响超声波的透射；耦合剂的作用排除换能器与工件之间的空气填充不平的凹坑和缝隙防止缝隙中的空气影响超声波的透射1减小超声波在界面上的反射声能增加穿过工件的透射声能2一定的粘度和流动性防止换能器在工件表面摩擦受损方便探头在工件表面进行移动3通常还要求耦合剂具有对工件无腐蚀，对操作人员无毒、无损害，对工件无腐蚀对操作人员无毒、无损害不易燃烧不易污染方便擦除同学们，本节课我们学习了超声波的基本原理、超声波探头与耦合，大家都学会了吗？Thankyou谢谢大家谢谢大家Ultrasonicflowmeter同学们，本节课我们学习超声波流量计。超声波流量计超声波流量计超声流量计超声流量计是一种新型流量计，新型流量计20世纪70年代实际应用目前已成功地应用于河流量、血流量等特殊场合的流量测量中。河流量血流量超声波在流动流体中传播会带上有关流体流速的信息，带上有关流体流速的信息检测流体流速和流量超声流量计中发射和接受超声波的部分称为换能器。换能器以一定的方式穿过流动的流体接收换能器接收到返回的超声波转换成电信号经信号处理得到流体流速而流体质量流量qm与流速v之间满足以下关系qm=ρVA式中，密度ρ、截面A一般都可以测量得到，因此检测到流速v就可以得到质量流量。流速V可以得到质量流量流体质量流量qm与流速V之间满足的关系

密度ρ、截面A一般可以测量得到超声流量计按工作原理主要可以分为以下三种。超声流量计工作原理1传播时间差法2声束偏移法3多普勒法产生的时差与流体流速有关精确测量河流流速或体积流量产生的偏移量与流速有关多普勒效应声波束沿流体流动方向传播的声波与反向散射的声波之间的频差与流速有关。适用于医学测量，因此在医学上可用来测量人体血管深处的血流量。3多普勒法测量人体血管深处的血流量这几种方法测量流量各有利弊，实际应用中可以根据被测流体和测量要求等加以选择。各有利弊1传播时间差法2声束偏移法3多普勒法实际应用中根据被测流体和测量要求等加以选择其中传播时间差法是较为常用的一种方法，它又可分为时差法、相差法和频差法。1传播时间差法较为常用的方法时差法相差法频差法超声流量计的原理超声波在静止流体和流动流体中的传播速度有所不同，传播速度有所不同静止流体中超声波传播速度为声速c，假设流体流速为v，那么当超声波传播方向与流体流动方向一致时，其传播速度为(c+v)；当两者方向相反时,传播速度为(c-v)。声速c流速v方向一致

方向相反

图4-3-10是传播时间差法的测量原理图，分别有两组超声波发射器和接收器T1、R1和T2、R2，超声波发射器到接收器传播路径长度为L，图4-3-10传播时间差法的原理那么顺方向即超声波从T1到R1的传播时间为而逆方向即超声波从T2到R2的传播时间为，两束波传播的时间差为一般工业过程中的v＜＜c，因此上式可以简化为，所以v＜＜c当声速一定时，测量超声波顺向和逆向传播的时间差流体流速下面，我们学习一下超声波流量计的主要特点。超声流量计的主要特点1非接触式测量仪表不会影响流场没有压力损失（2）适用范围广，在工程上适用于各种流体和中低压气体的流量测量，包括一般流量计难以解决的强腐蚀性、放射性等流体的流量测量问题，2适用范围广各种流体中低压气体强腐蚀性放射性采用多普勒法两相流体流量弥补电磁流量计不能测量的非导电性流体的缺点（3）测量准确度不受流体电导率、黏度、密度、腐蚀性和成分的影响，3测量准确度电导率黏度密度腐蚀性成分不受管径大小的限制管道直径5～20cm流速0.001～100m/s（4）传播时间差法只能用于清洁液体和气体，4传播时间差法多普勒法多普勒法测量精度不高5（5）多普勒法测量精度不高。同学们，本节课我们学习了超声波流量计的测量原理及主要特点，大家都学会了吗？Thankyou谢谢大家谢谢大家Themeasuringcircuitofaninductivesensor同学们，本节课我们学习的主要内容是光导纤维。首先，我们先来学习一下光纤的结构。什么是光导纤维什么是光导纤维项目四、流量及流速检测光纤的结构如图4-4-1所示。中心圆柱体，称为纤芯，由某种类型的玻璃或塑料制成。环绕纤芯的是一层圆柱形套层，称为包层，由特性与纤芯略有不同的玻璃或塑料制成。纤芯的折射率略大于包层的折射率。最外面通常由一层护套包覆。图4-4-1光纤的结构纤芯的折射率略大于包层......................................................光纤的导光能力取决于纤芯和包层的光学性能，而纤芯的强度则由护套来维持。护套通常由塑料制成。纤芯包层护套导光能力纤芯强度光在光纤中传播的基本原理可以用光线或光波的概念来描述。光线光波光线的概念是一个简便的近似的方法，可以用它来导出一些重要概念，如全内反射概念、光线截留的概念等。光线近似方法全内反射光线截留进一步研究光的传播理论不够用必须借助波动理论。即要考虑到光是电磁波动现象以及光纤是圆柱形介质波导等，光线全内反射光线截留进一步研究光的传播理论光波光是电磁波动现象光纤是圆柱形介质波导研究光在圆柱波导中允许存在的传播模式导出波导参数(V值)下面，先从光线在层状介质中的传播，来讨论光在光纤中传播的基本原理。光线在层状介质中的传播斯涅尔定律光线在两种不同介质的分界面上会产生折射现象α：入射角β：折射角如图4-4-2所示。图4-4-2光线在两种不同介质分界面上的折射n1和n2分别为介质1和介质2的折射率图4-4-2光线在两种不同介质分界面上的折射....................................光线在真空中的传播速度与光线在该介质中的传播速度之比。介质的折射率越高，则光线在该介质中传播得越慢。介质的折射率定义光线由光的密媒质（折射率大）的介质向光的疏媒质（折射率小）的介质传播时将发生全内反射，即反射光将不再离开介质1。图4-4-2光线在两种不同介质分界面上的折射密媒质疏媒质图4-4-3光在光纤中的传输n2n1图中所示的两根光线，其中一根代表掠射角（入射角的余角）θ>θc（临界角）的一些光线。这些光线由于从纤芯折射到包层中，不能传播很远。θ>θc不能传播很远另外一根代表掠射角θ＜θc（临界角）的一些光线。这些光线每当光入射到纤芯一包层分界面时，都发生全反射，θ＜θc发生全反射所以这些光线一直被截留在光纤中，在界面上产生多次的全内反射，以锯齿形的路线在纤芯中传播。理想情况下将无损耗地传输到光纤端面θ＜θc接下来，我们来学习光纤的传输特性。光纤的传输特性光纤的传输特性在光纤通信系统中是一个非常重要的问题，它直接影响到传输系统的最大传输距离。最大传输距离光纤的传输特性非常重要损耗特性色散特性非线性效应光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗。光纤每单位长度的损耗，直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。传输距离增加而功率逐渐下降单位长度的损耗传输距离的长短形成光纤损耗的原因很多，有来自光纤本身的损耗，也有光纤与光源的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗。这里只对光纤本身的损耗进行简单分析。光纤损耗的原因来自光纤本身的损耗光纤与光源的耦合损耗光纤之间的连接损耗来自光纤本身的损耗光纤与光源的耦合损耗光纤之间的连接损耗吸收损耗散射损耗(1)吸收损耗吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。1.吸收损耗造成光功率的损失下面主要介绍本征吸收和杂质吸收。1.吸收损耗本征吸收杂质吸收光纤基本材料固有的吸收，并不是由杂质或缺陷引起。确定了特定材料的吸收下限吸收损耗的大小与波长有关，对于SiO2石英系光纤，本征吸收有两个吸收带，一个是紫外吸收带，一个是红外吸收带。吸收损耗的大小与波长有关紫外吸收带红外吸收带紫外区的波长范围是6×10-³～0.39μm，它吸收的峰值在0.16μm附近，是在现用的光通信频段之外（目前光纤通信使用的波长范围是0.8～1.8μm）。紫外区的波长范围是6×10-³～0.39μm，它吸收的峰值在0.16μm附近，是在现用的光通信频段之外（目前光纤通信使用的波长范围是0.8～1.8μm）。6×10-3μm0.39μm本征吸收峰值0.16μm现用光通信频段之外0.8～1.8μm但此吸收带的尾部可拖到1μm左右，将影响到0.7～1μm的波段范围，随着波长增加，吸收的能量按指数规律下降。6×10-3μm0.39μm本征吸收尾部0.16μm影响0.7～1μm的波段范围1μm随着波长增加，吸收的能量按指数规律下降红外区的波长范围是0.76～300μm，对于纯SiO2的吸收峰值在9.1μm、12.5μm和21μm处。吸收带的尾部可延伸到1.5～1.7μm，已影响到目前使用的石英系光纤工作波长的上限，这也是使得波段扩展困难的原因之一。0.76μm300μm本征吸收峰值9.1μm吸收带的尾部可延伸到1.5～1.7μm12.5μm导致波段扩展困难21μm除本征吸收以外，还有杂质吸收，它是由材料的不纯净和工艺不完善而造成的附加吸收损耗。影响最严重的是过渡金属离子吸收和水的氢氧根离子吸收。1.吸收损耗本征吸收除本征吸收以外，还有杂质吸收，它是由材料的不纯净和工艺不完善而造成的附加吸收损耗。影响最严重的是过渡金属离子吸收和水的氢氧根离子吸收。1.吸收损耗杂质吸收是由材料不纯净和工艺不完善而造成的。过渡金属离子吸收水的氢氧根离子吸收过渡金属离子主要包括铁、铬、钴、铜等，它们在光纤工作波段都有自己的吸收峰，如铁离子的吸收峰在1.1μm处，铜离子的吸收峰在0.8μm处。杂质含量越高，损耗就越严重。为了降低损耗，需要严格控制这些金属离子的含量。铁铬钴铜吸收峰值1.1μm吸收峰值0.8μm杂质含量越高，损耗越严重熔融的石英玻璃中含水时，由水分子中的氢氧根离子(OH―）振动而造成的吸收为氢氧根离子吸收。它的吸收峰在2.7μm附近，振动损耗的二次谐波在0.9μm处，三次谐波在0.72μm处。近年来在生产工艺上使用了许多方法降低OH―的含量，目前在1.39μm处氢氧根离子的损耗已低于0.5dB/km。OH-OH-OH-氢氧根离子吸收吸收峰值2.7μm二次谐波0.9μm三次谐波0.72μm1.39μm处氢氧根离子损耗已低于0.5dB/km(2)散射损耗由于光纤的材料、形状及折射指数分布等的缺陷或不均匀，光纤中传导的光散射而产生的损耗称为散射损耗。2.散射损耗材料形状折射指数分布缺陷或不均匀散射产生的损耗线性散射损耗非线性散射损耗损耗功率与传播模式的功率是否成线性关系....................................线性散射损耗主要包括瑞利散射和材料不均匀引起的散射，非线性散射主要包括：受激拉曼散射和受激布里渊散射等。这里只介绍两种线性散射损耗。2.散射损耗线性散射损耗非线性散射损耗瑞利散射材料不均匀引起的散射受激拉曼散射受激布里渊散射①瑞利散射损耗。瑞利散射损耗也是光纤的本征散射损耗。这种散射是由光纤材料的折射率随机性变化而引起的。光纤的本征散射损耗，由光纤材料的折射率随机性变化引起瑞利散射损耗材料的折射率随机性变化密度不均匀应力不均匀当折射率变化很小时，引起的瑞利散射是光纤散射损耗的最低限度，这种瑞利散射是固有的，不能消除。折射率变化很小时，引起的瑞利散射是光纤散射损耗的最低限度瑞利散射损耗不能消除瑞利散射损耗与1/λ⁴成正比，它随波长的增加而急剧减小。长波长工作时瑞利散射大大减小②材料不均匀所引起的散射损耗。结构的不均匀性以及在制作光纤的过程中产生的缺陷也可能使光线产生散射。结构的不均匀性及制作光纤过程中产生的缺陷也能使光线产生散射。材料不均匀引起的散射损耗光纤中的气泡未发生反应的原材料包层交界处粗糙它与瑞利散射不同，这种不均匀性较大，尺寸大于波长，散射损耗与波长无关。材料不均匀引起的散射损耗瑞利散射损耗不均匀性较大尺寸大于波长散射损耗与波长无关通过改造制作工艺予以减小2.光纤的色散特性光纤的色散特性光纤色散是光纤通信的另一个重要特性。光纤色散使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。因此，制造优质的、色散小的光纤，对增加通信系统的通信容量和加大传输距离是非常重要的。增加通信容量加大传输距离优质、色散小的光纤非常重要什么是光纤的色散？由于实际光源发出的不是单色光（或单频的)，而是具有一定波长范围的，这个范围就称为光源的谱线宽度，如图4-4-4所示。图4-4-4光源的谱线宽度一般将光功率降到峰值一半时所对应的波长范围称为光源的谱线宽度，用Δλ表示。ΔλΔλ越大，则表示光信号中包含的频率成分越多；ΔλΔλ越小，则光源的相干性就越强。Δλ一个理想的光源发出的应是单色光，即谱线宽度应为零。理想的光源谱线宽度为零另外，光纤中传输的光信号是经过调制以后的信号，而调制信号又具有一定的带宽，因此，送到光纤中的信号应该是一个被调制了的波谱。光纤中传输的光信号是调制信号送到光纤中的信号是被调制的波谱由此可以看出，光纤中传送的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分构成的，它们有不同的传播速度，将会引起脉冲波形的形状发生变化。光纤中传送的信号频率成分和模式成分不同传播速度不同脉冲波形的形状发生变化也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是光脉冲在光纤中传输，随着传输距离的加大，脉冲波形在时间上发生了展宽，。光纤中传送的信号频率成分和模式成分不同传播速度不同脉冲波形的形状发生变化光脉冲在光纤中传输传输距离加大脉冲波形在时间上发生展宽这种现象称为光纤的色散。光纤中传送的信号频率成分和模式成分不同传播速度不同脉冲波形的形状发生变化光脉冲在光纤中传输传输距离加大脉冲波形在时间上发生展宽光纤的色散色散的大小，用色散系数表示，单位为ps/km·nm，即单位波长间隔内各波长成分通过单位长度光纤就产生的延时。光纤的色散ps/km·nm色散系数单位波长间隔内各波长成分通过单位长度光纤产生的延时（2）光纤中的色散光纤中的色散光纤中色散的分类模式色散材料色散波导色散模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数不同，它所引起的色散称为模式色散。模式色散光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数不同引起的。材料色散由于光纤材料本身的折射指数和波长呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而变化引起的。波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同，这样引起的色散称为波导色散。波导色散光纤中同一模式在不同的频率下传输时相位常数不同引起的模式色散材料色散从物理概念上可以看出，材料色散和波导色散都属于频率色散。模式色散材料色散波导色散频率色散在多模光纤中，频率色散和模式色散都存在；而在单模光纤中