光纤传感器的分类.ppt

第9光传氯器
传感器及
传感器攫及应用
第章光纤传感器
Fiber Optic Sensors
第9光传氯器
传感器及
概论
光纤传感器(F0: Fiber optical sensor)是20世纪70年
代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤
和光通信技术迅速发展的产物,它与以电为基础的传感器有本
质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传
递敏感信息的媒质。因此,它同时具有光纤及光学测量的特点
光纤传感器的特点
①电绝缘性能好。
②抗电磁干扰能力强。
③非侵入性
④高灵敏度。
⑤容易实现对被测信号的远距离监控。
光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力
流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量
第9光传器
传感器理及应用
91光纤传感器的基本知识

光纤是光导纤维的简称,形状一般为圆柱形,材料是高纯度的
石英玻璃为主,掺少量杂质锗、硼、磷等。光纤的结构如图所示
包层护套涂覆层
纤芯
纤芯的折射率比包层的折射率稍大,当满足一定条件时,光就
被“束缚”在光纤里面传播
第9光传氯器
传感器及

第9光传器
传感器及
如图,根据几何光学理论,
当光线以某一较小的入射角
由折射率为n1的光密物质射向折
射率为n2的光疏物质(即n1>2)介质22)A
时,则一部分入射光以折射角介质1(m)
折射入光疏物质,其余部分以
角度反射光密物质,根据折
射定律(斯涅尔定律),光折射
和反射之间的关系为
n, sin=n, sin p
当光线的入射角增大到某一角度O时,透射入光疏物质的
折射光则沿界面传播,即仍=90°,称此时的入射角6为临界角。
那么,由斯涅尔定律得
Sine- n2
临界角仅与介质的
折射率的比值有关
第9光传器
当入射角>。时,光线不会透过其界面,而全部反射到光密
物质内部,也就是说光被全反射。根据这个原理,如图所示
只要使光线射入光纤端面的光与光轴的夹角θ小于一定值,则
入射到光纤纤芯和包层界面的确就满足小于临界角的条件,
光线就射不出光纤的纤芯。光线在纤芯和包层的界面上不断地
产生全反射而向前传播,光就能从光纤的一端以光速传播到另
一端,这就是光纤传光的基本原理。
包层n2可以证明,该入射角为
空气mo
sin
纤芯n
光纤的“数值孔径”NA,
NA=Sin eo
H1-12
第9光纤估成器
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1)高纯度石英(Si02)玻璃纤维
这种材料的光损耗比较小,在波长时,
锗硅光纤,包层用硼硅材料,
2)多组分玻璃光纤
用常规玻璃制成,损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤,在波长时

3)塑料光纤
用人工合成导光塑料制成,其损耗较大,当时,达到100
200dB/km。但其重量轻,成本低,柔软性好,适用于短距离导光
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分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤,如图所示。在纤芯
和包层的界面上,纤芯的折射率不随半径而变,但在纤芯与包层
界面处折射率有突变的称为阶跃型;而光纤纤芯的折射率沿径
向由中心向外呈抛物线由大渐小,至界面处与包层折射率一致
的称为渐变型。
第9光纤估成器
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根据传输模数的不同,光纤可分为单模光纤和多模光纤
什么是光纤的传播模式z
光纤传输的光波,可以分解为沿纵轴向传播和沿横切向传播
的两种平面波成分。后者在纤芯和包层的界面上会产生全反射。
当它在横切向往返一次的相位变化为2π的整倍数时,将形成
驻波。形成驻波的光线组称为“模”;它是离散存在的,亦即
一定纤芯和材料的光纤只能传输特定模数的光
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单模光纤纤芯直径仅有几微米,接近波长。其折射率分布均
为阶跃型。单模光纤原则上只能传送一种模数的光,常用于光
纤传感器。这类光纤传输性能好,频带很宽,具有较好的线性
度;但因芯小,难以制造和耦合
折射率分布包层涂撒层单模阶跃折射率光纤
纤芯