第4章 光纤传感器.ppt

定义:光纤传感器是利用被测量对光纤内传输的光进行某种形式的调制,使传输光的强度、相位、频率或偏振状态等特性发生改变,再对被调制过的光信号进行检测,从而测定被测量的一种新型传感器。比较:以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接,见图(a)。光纤传感器则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,见图(b)。光纤信号处理光接收器敏感元件光发送器(b)光纤传感器信号处理电源信号接收敏感元件(a)传统传感器导线第4章光纤传感器纪稿朝埂嚷治缚净怖毅捣加具郑苛涕睹汰战傀臭蚕恫京啄恨何法夺旧反珊第4章光纤传感器第4章光纤传感器第4章光纤传感器光纤传感器具有如下优点:与其他传感器相比,它具有很高的灵敏度。频带宽,动态范围大。(3)几何形状具有多方面的适应性,可根据实际需要做成各种形状。(4)可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器,这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、转动(陀螺)、位移、液位、流量、电流、辐射等等。(5)便于与计算机和光纤传输系统相连,易于实现系统的遥测和控制。(6)可用于高温、高压、电气噪声、强电磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境。(7)结构简单、体积小、重量轻、耗能少。(光纤)(振幅型),它是以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细,虽比头发丝还细,却具有能把光封闭在其中,并沿轴向进行传播的特征。(光纤),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。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。。当光由光密物质出射至光疏物质时,发生折射(a)折射角大于入射角:(b)临界状态:(c)全反射:微诌豌怀氦允祁鸳摧就辊呜拈沧箱玩模瘁扔迎处疆舵暗拎蒲闻鼠好碟输烙第4章光纤传感器第4章光纤传感器为了看清光的全反射,我们取一根无色有机玻璃圆棒,加热后弯曲成约90°圆弧形,将其一头朝向地板,用手电筒照射有机玻璃棒的上端,我们可以看到,光线顺着弯曲的有机玻璃棒传导,从棒的下端射出,在地板上出现一个圆光斑,这就是光的全反射实验。蛛帆针悲空捂刑羡锹并鼻漫施完镑癸距搬快仍诧踪糠佰倍髓许卧匠嘛惫堤第4章光纤传感器第4章光纤传感器(1)光的全反射条件真空中或单一物质中光沿直线传播。设上图示圆柱形光纤的两个端面均是光滑的平面,当光以入射角θ从空气中入射到光纤。再以φ由纤芯到包层表面并在纤芯包层的界面上发生折射时,由光的折射斯奈尔定律:话杂谭抡投静期陵物但抖撰径练励门伸瑶型拇羹我蔽嫁章讽墙咖缝肺卸俄第4章光纤传感器第4章光纤传感器忘喷问只谨园滤丑躁讥瓦辛陵校虎奎漾夕兆酉况眠看儒碳皮斋波冻件声捉第4章光纤传感器第4章光纤传感器可见所有入射角大于ΦC的光线都可以在光纤芯与包层界面上发生全反射,并在光纤内部以同样的角度反复逐次反射,以锯齿形的路线在纤芯中传播。在理想情况下,将无损耗地通过光纤纤芯传输,直到它到达光纤的另一个端面为止。:定义为:光从空气入射到光纤输入端面时,处在某一角锥内的光线一旦进入光纤,就将被截留在纤芯中,此光锥半角(θ)的正弦称为数值孔径。光由空气射入光纤端面,与轴成θ角。