最新光纤传感器论文.doc

光纤传感器论文
- 3 -

二、光导纤维的主要参数
1、值孔径〔NA〕
如上图所示，将的正弦函数定义为光导纤维的数值孔径〔NA〕，即
NA = sin =
数值孔径反映纤芯接受光量的多少，是标志光导纤维的接受性能的一个重要参数。其意义是无论光源发射率有多大，只有2张角之内的光功率能被光纤接收传播。
2、光纤模式
光纤模式简单地说，就是光波沿光导纤维传播的途径和方式。在给定的光导纤维中，光线只是以某些角度入射时，所传播的光会以不同的角度入射的光线，在界面上反射的次数是不同的，传递的光波之间的干预所产生的横向强度分布叫模式。
阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量可以简单表示为
V=
式中：d为光纤芯直径；为光波波长
3、传播损耗
由于光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响，光信号在光纤中的传播不可防止的要有损耗。以A来表示传播损耗〔单位dB
- 9 -

〕，那么：
A = aI = 20lg
式中：I为光纤长度；a为单位长度的衰减；为光导纤维输入端光强；为光导纤维输出端光强。
三、根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器可以分为三大类
一类是功能型传感器; 二类是非功能型传感器；还有最后一类是拾光型光纤传感器。
1、功能型传感器
功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制，多采用多模光纤。
优点：结构紧凑、灵敏度高。缺点：须用特殊光纤，本钱高， 典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等
- 9 -

图〔2〕功能型传感器的工作方式
2、非功能型传感器
非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。　　
优点：无需特殊光纤及其他特殊技术；比较容易实现，本钱低。　　缺点：灵敏度较低。
实用化的大都是非功能型的光纤传感器。光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比方声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。三、拾光型光纤传感器。用光纤作为探头，接受由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。典型的例子：光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。
- 11 -

3、拾光型光纤传感器
用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如：光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。
四、光纤传感器应用的领域
温度的检测，压力的检测，液位、流量、流速的检测。
1、光纤高温测量系统
的辐射由光纤传输到光电转换及单片
图〔3〕 光纤高温测量系统
测量时，测量光纤插入钢水内部约40 cm深。光纤可采用金属套层光纤，光纤插入钢水瞬间，光纤被烧蚀，端面形成半圆形凹面，这时，在金属套层被烧蚀前，光纤最前端可近似视为黑体。在测量段光纤被烧蚀前，钢水测量点处的温度可传出。钢水内部温度通过