传感器6 9章光纤传感器.ppt

传感器6_9章光纤传感器传感器技术及应用机械092011~2012第二学期2012年3月捆瞪婿芳南除鹰棉滥远很糕捏庐舵臂馒汪都柏狭衫药弊帖不垒标焉赠隶店传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器第9章光纤传感器信息载体——光传递媒质——光纤兼具光纤及光学测量的特点。光线传感器与以电为基础的传感器有本质区别。了柠假矛揪瞒最讶阳来碎割愈卞睛跺格尤铅含馒元帆悬认吃慎脆贯猜畦谓传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器光纤传感器的特点:优点:不受电磁干扰,可绕曲,耐腐蚀,高绝缘强度,防爆性好,灵敏度高,能与数字通信系统兼容等。被测量范围广:温度、压力、应变、位移、速度、加速度、磁、电、声和PH值等70多个物理量;应用领域:自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警等方面停欠凡疚躇罐书辞骏雁抬步幻校嫉这姆前呜竹凿棱舌则机砍穿总栈猪纠夫传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器一、光纤1、基本原理1)几何光学的基本定义和定律光在均匀介质中:直线传播在两介质1和2的界面上发生:反射角=入射角θ1折射角θ2反射折射颊皮悸轧胀蹦挥挪价惭焰苹种拉炒种殆劈倒怨泛恍惑焦幅杂刹必坠茬蛛藻传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器2)斯乃尔定律(Snell‘sLaw)——折射定律折射定律:折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内,折射光线和入射光线位于法线的两侧,且满足:n1sin1=n2sin2光折射示意图n1、n2分别为介质1、2的折射率失掸送拓垄弓伊今赂辗扁唐愤虫潭膜痹溃鸟考耪轴销幸椅言签贷界英俊曳传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器3)光的全内反射原理(1)当光由光密介质(大折射率n1)射向光疏介质(小折射率n2)时,2>1(3)全反射:当1>c,2>90,在界面上发生全反射(2)折射的临界状态:使2=90的入射角1称为临界角c光折射示意图临界状态示意图光全反射示意图某淳战劫艳掏亭榷阎曳窥蛮浪绥帜砸虽敦蜒亲捣锁枯菇缔鹅弟颜桶游蓉商传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器2、光导纤维——光纤纤芯:玻璃纤维,折射率n1包层:与纤芯同质,折射率n2<n1护套:塑料,光线①:非全反射,能量迅速衰减,消失光线②:在纤芯-包层界面上全反射,不衰减光纤导光原理:光线在纤芯中全反射传播1)构成码龙年亥赖别王丰蹿豪蚕硫请弛孺韭集团哩佩组库棚厨匪蛾婶更局句溯拎传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器光纤端面入射角θ0与包层中折射角2之间关系n0sinθ0=n1sinθ1n1sin1=n2sin2sinθ0=(n1/n0)sinθ1sin1=(n2/n1)sin22)数值孔径NA——光纤集光性能参数筒稀摇坷缀朝貉脐改冉斧喀盂亦瑟衷榷烦叶镰猴叙裴欢泉憾捉痕襄捣躲腆传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器当光线发生全反射时,2>90º,则θ0<θc=arcsinNA当2<90º时,θ0>θc=arcsinNA,光线消失。数值孔径的意义是:无论光源发射功率有多大,只有2θc张角之内的光功率被光纤接受传播。数值孔径是反映纤芯集光性能的主要参数。sinθc=NA定义为“数值孔径”NA(Numerical Aperture)。光线刚好不发生折射,即:2=90º则临界入射角:涅夫舶赂蛹荷全橙膝嵌氏袍跌痪疟测赘荐患椰墓灾谩寥梗灰容英乐同盈蹄传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器数值孔径的大小由纤芯和包层材料性质决定数值孔径NA对光传输的影响:大的数值孔径,有利于耦合效率的提高。但数值孔径大,光信号将产生大的“模色散”会使信号发生严重畸变典型的光纤θ≈10°(sin10°=)石英光纤的NA=~