光纤传感器模板

1、2020/7/5，1，10章光纤传感器，10.1光纤传感器的原理和类型10.2光纤传输原理10.3光纤传感器的类型10.4功能光纤传感器10.5非功能光纤传感器10.6光纤传感器的应用，2020/7/5，2，即光纤是20世纪70年代的重要发明之一，激光光纤的出现使得光纤通信技术，尤其是有线网络中光纤的优点越来越明显。这为人类21世纪的通信基础-信息高速公路、多媒体(符号、数字、语言、图形和动态图像)通信提供了必要条件。光纤传感器始于1977年，经过几十年的研究，取得了非常重要的发展，对军事、航天技术、生命科学等发展起到了非常重要的作用。2020/7/5，3，光纤传感器的特性，1。具有很高的灵敏

2、度。频率带宽具有较大的动态范围。光纤直径只有几微米到数百微米。抗拉强度是铜的17倍。此外，纤维很灵活，可以根据实际需要制作多种形状，深入到机器内部或人弯曲的内脏等常规传感器无法接触的部位进行检测。测量范围很大，如声场、磁场、压力、温度、加速度、旋转、位移、液面、流量、电流、辐射等。2020/7/5，4，5。电磁抗干扰能力。光纤主要由绝缘材料组成，工作时不怕电磁场干扰，使用光子传输信息；光波容易屏蔽，外部光的干涉也很难通过光纤进入。6.光纤集检测和信号传输为一体，易于配置分布式检测测量，易于连接计算机和光纤传输系统，便于系统的遥测和控制。7.可以在高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境下使用

3、。8.结构简单，体积小，质量轻，能耗少。10.1光纤传感器的原理和类型，2020/7/5，10.1光纤传感器的原理和类型，10.1.1光纤传感器的原理光纤传感器由光发射机、敏感组件、光接收机、信号处理系统和光纤等主要组件组成。光纤传感系统的基本原理是，光学强度、频率、波长、相位和偏振等光波参数随外部测量参数的变化而变化，因此，为了检测外部测量中的物理量，光纤可以检测光波参数的变化。2020/7/5，6，10-1光纤传感器构成示意图，2020/7/5，7，10.1.2光纤的结构光纤主要是传输高强度石英玻璃、普通玻璃、塑料制成的光学信息的导向纤维。光纤由芯、包、护套组成。光主要从核心传输，光纤的光

4、传导性主要是核心和包层的折射率，核心的折射率n1比包的折射率N2稍大。典型值为n1=1.461.51，N2=1.44 - 1.50，2020/7/5，8，图10-1是由纤维、包装和大衣组成的光纤的结构图，2020/7/5，9，2020根据传播模式，分为单模光纤和多模光纤。按用途分为通信光纤和非通信光纤。10.1光纤传感器的原理和类型，2020/7/5，11，1，按纤维和包层材料特性，玻璃纤维和塑料光纤两大类别1)光损失相对较小的高纯石英(SiO2)玻璃纤维。2)用普通玻璃制成的多成分玻璃纤维，损失少。3)塑料纤维，由人工合成导光胶制成，损失大，但质量轻，成本低，柔软性好，适合短距离导光光。20

5、20/7/5，12，2，折射率分布，相位折射率和梯度折射率类型1)相位光纤(折射率固定):表示芯和包层折射率不连续的光纤。2)倾斜纤维(核心折射率大约为平方分布):在中心轴上折射率最大，在径向上逐渐变小，在界面上n1=n2，n1分布大部分遵循抛物线法则。使用倾斜折射率光纤时，光会发射光纤，然后从接口自动聚合到轴心，因此也称为自聚焦光纤。2020/7/5，13，图10-3光纤的种类和光传播形式，2020/7/5，14，3，根据传播模式多少分开的单模光纤和多模光纤光波实质上是电磁波，在核心内传播的光波可以分解为沿轴向和截面传播的两个平面波成分。沿截面传输的平面波在型芯和包层的界面上生成反射。如果此

6、波的每个往返传输(入射和反射)的相位变化是360的整数倍数，则可以在截面内形成主波，这种驻波光组也称为模块。只有以能够形成驻波的特定角度发射光纤的光才能在光纤内传播，在光纤内只能传输一定数量的模块。如果光纤的直径非常小(通常为5 - 10微米)，并且只能传播一个模块，则这种光纤称为单模光纤。当光纤直径大(通常超过几十微米)并且能够传播数百个以上的模具时，这种光纤称为多模光纤。2020/7/5，15，允许传播的每个波称为模式；只能传播一种光线模式的光纤称为单模光纤。能传播很多光模式的光纤称为多模光纤。传播速度最快的模型称为基础模式。单模光纤、多模光纤是目前光纤通信中技术上最常用的光纤类型，统称为

7、普通光纤。10.1光纤传感器的原理和类型，2020/7/5，16，4，按用途的通信光纤和非通信光纤：光通信系统。实际使用中，大多数使用光缆，即由多条光纤组成的电缆。非通信光纤：主要指具有低双折射光纤、高双折射光纤、涂层光纤、多模梯度光纤、激光光纤、红外光纤的特殊用途的非通信光纤。10.1光纤传感器的原理和类型，2020/7/5，17，10.2光传输原理，对10.2.1光的全反射定律光的全反射现象是研究光纤传输原理的基础。折射率：光线在真空中传播的速度与光线在该介质中传播的速度之比。介质的折射率越高，光线在该介质中的传播速度越慢。2020/7/5，18，10.2光的传输原理，图10-4光在pro接口发生的内部反射图，2020/7/5，19，10.2.2光纤的传播原理，图10-5步多模式光纤光的传播原理，10.2光的传输原理，202010.2光学传输原理，2020/7/5，21，n0 Sini=n1 sinj n1 sink=N2 SINR Sini=(n1/n0)sinj sink=(N2/n1)如果N=1，则2020/7/5，22，自下而上sini0是数字光圈na。N1和N2的差异较小，因此n1 n22n1可以分解为：=(n1-n2)/n1称为相对折射率差，r=90的临界状态下i=i0，2020/7/5，23，rNA，iarcsin NA，光线消失。这意味着a