12-1光导纤维传感器传感器课件.ppt

第十二章
光导纤维传感器
光导纤维传感器(简称光纤传感器)是20世纪七十年代迅速发展起来的一种新型传感器。光纤最早用于通讯,随着光纤技术的发展,光纤传感器得到进一步发展。
与其它传感器相比较,光纤传感器有如下特点:
,防爆性能好,不会漏电打火;
,可以弯曲;
、高压,绝缘性好,耐腐蚀.
基本采用石英玻璃,
主要由三部分组成
中心——纤芯;
外层——包层;
护套——尼龙料。
光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质,
纤芯折射率n1略大于包层折射率n2( n1 > n2 )。
光纤的结构与传光原理
光纤的结构
100 ~200μm
包层
玻璃纤维
尼龙外层
涂敷层
纤芯
外层直径1mm
光纤的传播基于光的全反射。当光线以不同角度入射到光纤端面时,在端面发生折射后进入光纤;
光线在光纤端面入射角θ减小到某一角度θc时,光线全部反射。
只要θ<θc,光在纤芯和包层界面上经若干次全反射向前传播,最后从另一端面射出。
光纤的传光原理
图12-2 光纤导光示意图
θ1
θ0
φ1
A
B
C
n0
n2
n1
d
D
2θ0
由斯奈尔(Snell)定律:
就能产生全反射。可见,光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质(n1、n2)决定的,与光纤的几何尺寸无关。
若满足
即
入射角的最大值为:
将sinθ0定义为光导纤维的数值孔径,用NA表示,则
NA意义讨论:
NA表示光纤的集光能力,无论光源的发射功率有多大,只要在2θc张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围,光线会进入包层漏光。
一般NA越大集光能力越强,光纤与光源间耦合会更容易。但NA越大光信号畸变越大,要选择适当。
产品光纤不给出折射率N,只给数值孔径NA。
光纤的种类
光纤按纤芯和包层材料的性质分类,有玻璃光纤和塑料光纤两类;按折射率分有阶跃型和梯度型二种。
光纤的另一种分类方法是按光纤的传播模式来分,可分为多模光纤和单模光纤两类。多模光纤多用于非功能型(NF)光纤传感器;单模光纤多用于功能型(FF)光纤传感器。
光纤传感器的结构原理及分类
光纤传感器结构原理
光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成。