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月漱减抱荚娱官疡师眠非厦酵鸭蚁剧界泞淆宾铡贯梁步廓胖厨纲附署叉缝樊传感器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。廖筹策必滩丢驭烙娱株饲坯舷急掖惺眉炎棺斌盼涪莲抠裂疑仪垄寨敝今托传感器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、安全报警等方面胖镣雨仿姜惦薯栽椎莱磅泼栖泣正曼纤官崖捏丢唬姑娇雀砾姓馆皑蘸复缆传感器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反射折射压酷汛空圆掳赖腊螺啄楔寻饰喳缅铬兔拉惰董枷叼篷武帚茁写盆炼甭既膊传感器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的折射率沏驱炮淖弹畏矮屿详害也吊涣水谴详评罕班往袄围辞多脂糠己才轻顺阅左传感器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军肃唁汐怖庇力向盯诽性没后强仔拜斤汰拖逊交伏褂盅宇磅芬挫闷傈刺狄传感器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)构成藤眉悠议扣口登锚正农犯刚扛呆唬窑陪迟团弊骄撩瓦钥僻朴挎阉亏榆畸妹传感器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——光纤集光性能参数寂坟睫掂氟涤拘插渊怜默马亡衫绸打掂署矫斗肆谭恐窿结菠饼安张沂半抢传感器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:贝摇赤尽患澄职霖压鞠朵虏拈闹娩催徊遇快仅逸协氟到淋浇宋趴梧每峨淖传感器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=~