昆明理工大学检测技术光纤传感器课程设计【参考】.doc

课程设计报告 光纤传感器原理、结构线路及其应用 学 院: 信息工程与自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 陈 焰 2014年12月25日目 录 摘 要 1 1. 光纤传感器概述 1 1.1 光纤传感器研究背景 1 1.2 研究的目的及意义 2 2. 原理 3 2.1 光导纤维导光的基本原理 3 2.1.1 斯乃尔定理（Snells Law） 3 2.1.2 光纤结构 4 2.1.3 光纤导光原理及数值孔径NA 5 2.2 光纤传感器结构原理 6 2.3 光纤传感器的分类 7 2.3.1 根据光纤在传感器中的作用 8 2.3.2 根据光受被测对象的调制形式 9 3. 光纤传感器的应用 10 3.1 温度的检测 10 3.1.1 遮光式光纤温度计 10 3.1.2 透射型半导体光纤温度传感器 11 3.2 压力的检测 12 3.2.1 采用弹性元件的光纤压力传感器 12 3.2.2 光弹性式光纤压力传感器 14 3.3 液位的检测 16 3.3.1 球面光纤液位传感器 16 3.3.2 斜端面光纤液位传感器 17 3.3.3 单光纤液位传感器 18 3.4 流量、流速的检测 19 3.4.1 光纤涡街流量计 19 3.4.2 光纤多普勒流速计 20 总 结 21 参考文献： 22 摘 要 光纤传感器(FOS 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。近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区，如核辐射区)，起到人的耳目作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 关键词: 光纤 传感器 测量 结构 原理 应用 1. 光纤传感器概述 1.1 光纤传感器研究背景 近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起的折射率永久性变化，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用的实质是在纤芯内形成，利用空间相位光栅的布拉格散射的波长特性，一个窄带的，投射或反射，滤光器或反射镜。 1978年加拿大通信研究中心的K O Hill及其合作者首次从接错光纤中观察到了光子诱导光栅。Hill的早期光纤是采用488nm可见光波长的氛离子激光器，通过增加或延长注入光纤芯中的光辐照时间而在纤芯中形成了光栅。后来Meltz等人利用高强度紫外光源所形成的干涉条纹对光纤进行侧面横向曝光在该光纤芯中产生折射率调制或相位光栅。1989年第一支布拉格诺振波长位于通信波段的光纤光栅研制成功。 光纤传感就是将被测量的变化转化为光纤中传输光参数(如光强、波长、相位以及偏振态)的变化，通过测量光纤的输出光来确定被测量的大小。光纤传感技术在国际上是七十年代后期迅速发展起来的新技术。而光纤传感器就是随光纤通讯及光纤传感等相关技术而飞速发展起来的一类新型传感器。 光纤传感器与传统的传感器相比主要差别在于传统的传感器是以应变—电量为基础，以电信号为转换及传输的载体，用导线传输电信号，因而使用时受到环境的限制，如环境湿度太大可能引起短路，特别是在高温和易燃、易爆环境中容易引起事故等。而光纤传感器是以光信号为变换和传输的载体，利用光纤传输信号，它具有许多独特的优点: (1)不受电磁干扰光信息在光纤中传输时，它不会与电磁场产生作用。因而，信息在传输过程中抗电磁干扰能力强，使其特别适合于电力系统。 (2)绝缘性能高。现在普遍使用的光纤是由石英玻璃制成的，是一种不导电的非金