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光栅CCD光纤传感器
【教师试讲】【课堂演讲】【教学课件】【说课比赛】
具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
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。
光导纤维的结构和导光原理
圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率
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斯乃尔定理
当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射
（a）折射角大于入射角：
（b）临界状态：
（c）全反射 ：
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光纤导光
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n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故 n0≈1
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当θr =90°的临界状态时，
Sin θio0定义为“数值孔径”NA（Numerical Aperture）
相对折射率差
arcsinNA是一个临界角，
θi > arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；
θi < arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。
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光纤传感器的分类
光纤在传感器中的作用
光受被测量调制的形式
光纤传感器中对光信号的检测方法不同
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(1) 光纤的传感器中的作用
功能型
非功能型
拾光型
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(a) 功能型（全光纤型）光纤传感器
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。优点：结构紧凑、灵敏度高。
缺点：须用特殊光纤，成本高，
典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。
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(b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器
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，成本低。
缺点：灵敏度较低。
实用化的大都是非功能型的光纤传感器。
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(c) 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。
典型例子：
光纤激光多普勒速度计
辐射式光纤温度传感器
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(2) 根据光受被测对象的调制形式
(a) 强度调制型光纤传感器
(b) 偏振调制光纤传感器
(c) 频率调制光纤传感器
(d) 相位调制传感器
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(a)强度调制型光纤传感器
利用被测对象的变化引起敏感元件参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。
应用：压力、振动、位移、气体
优点: 结构简单、容易实现、成本低。
缺点: 易受光源波动和连接器损耗变化等的影响
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（b）偏振调制光纤传感器
利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息
应用：
电流、磁场传感器：法拉第效应；
电场、电压传感器：泡尔效应；
压力、振动或声传感器：光弹效应；
温度、压力、振动传感器：双折射性
优点：可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。
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（c）频率调制光纤传感器
被测对象引起的光频率的变化来进行监测
利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器；
利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器；
利用光致发光的温度传感器等。
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（d）相位调制传感器
被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。
利用光弹效应的声、压力或振动传感器；
利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；
利用电致伸缩的电场、电压传感器
利用Sagnac效应的旋转角速度传感器（光纤