4 光纤传感器.ppt

4.4.5 光纤传感器的特点 （1）电绝缘。 （2）抗电磁干扰。 （3）非侵入性。 （4）高灵敏度。 （5）容易实现对被测信号的远距离监控。 4.4 光纤传感器 4.4.1 光导纤维的结构和导光原理 4.4.2 光导纤维的主要参数 4.4.3 光纤传感器结构原理 4.4.4 光纤传感器的分类 4.4.5 光纤传感器的特点 4.4.6 光纤传感器的应用 4.4.6 光纤传感器的应用 强度调制型： 基于弹性元件受压变形，将压力信号转换成位移信号来检测，故常用于位移的光纤检测技术； 相位调制型： 利用光纤本身作为敏感元件； 偏振调制型： 主要是利用晶体的光弹性效应。 光纤压力传感器 （1）采用弹性元件的光纤压力传感器 膜片反射式光纤压力传感器示意图 膜片的中心挠度 若利用Y形光纤束位移特性的线性区， 则传感器的输出光功率亦与待测压力呈线性关系。 1 Y形光纤 2 壳体 3 膜片 与所加的压力呈线性关系 传感器的固有频率可表示为 式中, ρ――膜片材料的密度； g――重力加速度。 结构简单、体积小、使用方便， 光源不够稳定或长期使用后膜片的反射率有所下降， 其精度就要受到影响。 差动式膜片反射型光纤压力传感器 1．输出光纤 2．输入光纤 3．输出光纤 4．胶 5．膜片 两束输出光的光强之比 A―常数； p―待测量压力 输出光强比I2/I1与膜片的反射率、光源强度等因素均无关 将上式两边取对数，在满足(Ap)2≤1时，得到 表明待测压力与输出光强比的对数呈线性关系。 若将I1、I2检出后分别经对数放大后，再通过减法器 即可得到线性的输出。 采用不同的尺寸、材料的膜片，可获得不同的测量范围。 （b）光弹性式光纤压力传感器 光弹性效应：晶体在受压后其折射率发生变化，从而呈现双折射现象。 1 光源 2、8 起偏器 3、9 1/4波长板 4、10 光弹性元件 5、11 检偏器 6 光纤 7 自聚焦透镜 光弹性式光纤压力传感器 在光弹性元件上加上质量块后，也可用于测量振动、加速度 （c）微弯式光纤压力传感 基于光纤的微弯效应，即由压力引起变形器产生位移，使光纤弯曲而调制光强度。 1 聚碳酸酯薄膜 2 可动变形板 3 固定变形板 4、5 光纤 微弯式光纤水听器探头 End the 4.4 * * * * 4.4 光纤传感器 光纤传感优点： 灵敏度较高；几何形状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。 4.4 光纤传感器 4.4.1 光导纤维的结构和导光原理 4.4.2 光导纤维的主要参数 4.4.3 光纤传感器结构原理 4.4.4 光纤传感器的分类 4.4.5 光纤传感器的特点 4.4.6 光纤传感器的应用 4.4.1 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（n2n1） 斯乃尔（Snell）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 ： 光纤导光 n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故 n0≈1 当θr =90°的临界状态时， 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。 4.4 光纤传感器 4.4.1 光导纤维的结构和导光原理 4.4.2 光导纤维的主要参数 4.4.3 光纤传感器结构原理 4.4.4 光纤传感器的分类 4.4.5 光纤传感器的特点 4.4.6 光纤传感器的应用 4.4.2 光导纤维的主要参数 1. 数值孔径（NA） 2. 光纤模式 3. 传播损耗 1. 数值孔径（NA） 反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。 意义：无论光源发射功率有多大，只有2θi张角之内的光功率能被光纤接受传播。 大的数值孔径：有利于耦合效率的提高。 但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。 2. 光纤模式 按传输模式分为单模光纤和多模光纤。 阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示为 希望V小：d不能太大，n2与n1之差很小 3. 传播