光纤传感器基本原理.ppt

第章光纤传感器基本原理
第一页，共160页。
1、光调制的概念
光调制就是将信息加到载到波光波上，使光载波的某一参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的强度、位相、频率、偏振、波长等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器检测，然后解调出所需要的信息。
光纤传感器基本原理
第二页，共160页。
2、光纤传感系统的基本构成
外界物理量与进入调试区的光相互作用
光强、波长、频率、相位、偏振态等发生变化
被测参数
传感区
第三页，共160页。
光纤不做为敏感器件，只起传到光的作用
光纤本身起敏感元件的作用。光纤与被测物理量相互作用时，光纤自身的结构参量或者光纤的传光特性发生变化。
传感型
传光型
第四页，共160页。
1）强度调制型
2）相位调制型
3）频率调制型
4）波长调制型
5）偏振调制型
3、光纤传感器分类
第五页，共160页。
概念：待测物理量引起光纤中传输的光波强度发生变化，通过检测光强的变化实现待测物理量的测量。
强度调制光纤传感器的基本原理
被测信号
Ii
Io
S
iD
调制区
光探测器
第六页，共160页。
透射式强度调制
2
吸收系数强度调制
4
3
1
折射率强度调制
3
3
反射式强度调制
1、强度调制传感器类型
3
5
光模式强度调制
第七页，共160页。
1、反射式强度调制
传感器的调制机理：
输入光纤将光源的光射向被测物体表面，再从被测面反射到另一根输出光纤中，其光强的大小随被测表面与光纤间的距离d而变化。
这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用。
第八页，共160页。
定量分析：反射镜面的移动方向是与光纤探头端面垂直的，反射镜面在其背面距离d 处形成输入光纤的虚象，因此，光强调制作用是与虚光纤和输出光纤的耦合相联系的。
设两光纤皆为阶跃折射率光纤，芯径为2r， ，两光纤垂直距离为a.
＝sin
第九页，共160页。
反射型光强外调制示意图
a
d
2r
输出光纤
输入光纤的镜像
输入光纤
输出光纤
a
输入光纤
调制信号
2d
第十页，共160页。