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光纤传感器
应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。
光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor) 是光纤和光通信技术迅速发展的产物。用光作为敏感信息的载体，光纤作为传递敏感信息的媒质。同时具有光纤及光学测量的特点。
①可根据实际需要做成各种形状。
②高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境。
③频带宽动态范围大。
④高灵敏度。
⑤便于与计算机和光纤传输系统相连,实现对被测信号的远距离监控。
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光纤传感器
光导纤维的结构和导光原理
光导纤维的主要参数
光纤传感器结构原理
光纤传感器的分类
光纤传感器的特点
光纤传感器的应用
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光导纤维的结构和导光原理
纤芯由某种类型的玻璃或塑料制成。环绕纤芯的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。
100 ~200μm
包层
玻璃纤维
尼龙外层
涂敷层
纤芯
外层直径1mm
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光的反射、折射
当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。
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光的全反射
当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角θc。当入射角小于θc时，入射光线将发生全反射。
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斯乃尔定理（Snell's Law）
可见，入射角θi增大时，折射角θr也增大，且始终θr＞θi。
当光由光密物质(折射率大)入射至光疏物质时发生折射，如图(a)，其折射角大于入射角，即n1＞n2时，θr＞θi。
n1、n2、θr、θi之间的数学关系为
n1sinθi=n2sinθr
θi0=arcsin(n2/n1)
sinθi0=n2/n1
sinθr＝sin90º＝1
当θr=90º时，θi＜90º，出射光线沿界面传播如图（b），称为临界状态。这时有 式中：θi0——临界角
n1
n2
θr
θi
(a)光的折射示意图
n1
n2
θr
θi
(b)临界状态示意图
n1
n2
θr
θi
(c)光全反射示意图
当θi＞θi0并继续增大时，θr＞90º，便发生全反射现象，如图(c) ，其出射光不再折射而全部反射回来。
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光在光纤中的全反射
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光的全反射实验
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光导纤维的主要参数
1. 数值孔径（NA）
2. 光纤类型
3. 传播损耗
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θj
θi
θk
θr
A
B
C
D
E
F
G
K
O
O
n0
n2
n1
n0sinθi=n1sinθj； n1sinθk=n2sinθr ，又θj=90º－θk
n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般为空气，故n０≈1，nl为纤芯折射率，n2为包层折射率。当n０=1时
当θr=90º的临界状态时，θi=θi0
1. 数值孔径（NA）
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