第4章 光纤传感器课件.ppt

(光纤)(振幅型):(1)与其他传感器相比,它具有很高的灵敏度。(2)频带宽动态范围大。(3)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,如: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、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。振幅型光纤传感器原理:待测的物理量扰动与光纤连接的光纤敏感元件相互作用,直接调制光强。特点:结构简单、灵敏度低。相位型光纤传感器原理:在一段单模光纤中传输的相干光,因待测物理场的作用,产生相位调制。特点:结构复杂、灵敏度高。光纤传感器振幅型(也叫强度型)相位型(也叫干涉仪型)(光纤),而纤芯的强度则由护套来维持。,可以用几何光学的方法讨论光在光纤中的传播,也就是斯涅尔定律:5光在光纤中传播的原理:根据全内反射,设计光纤纤芯的折射率n1>包层折射率n2。掠射角6光在光纤中传播的基本原理可以用光线或光波的概念来描述。光线的概念是一个简便的近似的方法,可以用它来导出一些重要概念,如全内反射概念、光线截留的概念等。然而,要进一步研究光的传播理论,必须借助波动理论。即要考虑到光是电磁波动现象以及光纤是圆柱形介质波导等,才能研究光在圆柱波导中允许存在的传播模式,并导出经常要提到的波导参数(V值)等概念。(数值孔径、传播模式、传播损耗)(NA)数值孔径是反映纤芯接收光量的多少,标志光纤接收性能的一个重要参数。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。可导出数值孔径的意义:无论光源发射功率有多大,只有2θ张角之内的光功率被光纤接受传播。光纤的数值孔径大,耦合效率高,但光信号将产生大的“模色散”,入射光能分布模式不同,各模式的速度不同,导致各个能量分量到达光纤远端的时间不同,信号将发生严重畸变。典型的光纤θ≈10°。,光纤圆柱波导和纤芯-包层界面处的几何边界条件时,则只存在波动方程的特定(离散)的解,不同的解代表不同离散的沿波导轴传播的波(模式),每个波具有不同的离散的振幅和速度。在阶跃型折射光纤中常采用“V值”表述光在阶跃型折射率光纤中的传播特性。V值是一个能用来表示或计算阶跃折射率光纤的传播模式数量的参数:光纤V值越大,则光纤所能拥有的,即允许传输的模式(不同的离散波)数越多。“单模条件”是纤芯半径入射光的真空波长9在光导纤维中传播模式很多对信息传输是不利的。因为同一光信号采取很多模式传播,就会使这一光信号分为不同时间到达接收端的多个小信号,从而导致合成信号的畸变。在信息传输中一般希望模式数量越少越好。 减小V值需要:纤芯直径不能太大,一般为几个微米,不能超过几十微米。另外,n1与n2之差很小(例如,,)。%~%。10