光纤传感器ppt课件_8.ppt

行业处理客户投诉的技巧课件神经内科医疗质量及管理规范神经疾病病情观察及能力培养社区老年痴呆的全科诊疗身边的侵害和保护少先队礼仪文化知识培训 第八章 光纤传感器 光导纤维传感器（简称光纤传感器）是20世纪七十年代迅速发展起来的一种新型传感器。光纤最早用于通讯，随着光纤技术的发展，光纤传感器得到进一步发展。 与其它传感器相比较，光纤传感器有如下特点： 1.不受电磁干扰，防爆性能好，不会漏电打火； 2.可根据需要做成各种形状，可以弯曲； 3.可以用于高温、高压,绝缘性好,耐腐蚀. 基本采用石英玻璃， 主要由三部分组成 中心——纤芯； 外层——包层； 护套——尼龙料。 光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质， 纤芯折射率n1略大于包层折射率n2（ n1 ＞ n2 ）。 8.1 光纤的结构与传光原理 8.1.1 光纤的结构 100 ~200μm 包层 玻璃纤维 尼龙外层 涂敷层 纤芯 外层直径1mm 光纤的传播基于光的全反射。当光线以不同角 度入射到光纤端面时，在端面发生折射后进入光纤； 光线在光纤端面入射角θ减小到某一角度θc时，光线全部反射。 只要θ＜θc，光在纤芯和包层界面上经若干次全反射向前传播，最后从另一端面射出。 8.1.2 光纤的传光原理 图8-4 光纤导光示意图 θ1 θ0 φ1 A B C n0 n2 n1 d D 2θ0 由斯奈尔（Snell）定律： 就能产生全反射。可见，光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质（n1、n2）决定的，与光纤的几何尺寸无关。 若满足 即 入射角的最大值 为： 将sinθ0定义为光导纤维的数值孔径,用NA表示,则 NA意义讨论： NA表示光纤的集光能力，无论光源的发射功率有多大，只要在2θc张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。 一般NA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易。但NA越大光信号畸变越大，要选择适当。 产品光纤不给出折射率N，只给数值孔径NA。 8.1.3 光纤的种类 光纤按纤芯和包层材料的性质分类，有玻璃光纤和塑料光纤两类；按折射率分有阶跃型和梯度型二种 。 光纤的另一种分类方法是按光纤的传播模式来分，可分为多模光纤和单模光纤两类。多模光纤多用于非功能型（NF）光纤传感器；单模光纤多用于功能型（FF）光纤传感器。 8.2 光纤传感器的工作原理及组成 8.2.1 光纤传感器的工作原理及种类 光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件（光纤或非光纤的）、光接收器、信号处理系统以及光纤构成。 由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 光是一种电磁波： 式中 A——电场E的振幅矢量； ω——光波的振动频率； φ——光相位； t——光的传播时间。 可见，只要使光的强度、偏振态（矢量A的方向）、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，即可获得所需要的被测量的信息。 8.2.2 光纤传感器的类型 光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，传感型；另一类是非功能型传感器，传输型。 （1）按照光纤在传感器中的作用来分 功能型光纤传感器——传感型 这类传感器利用光纤 本身对外界被测对象 具有敏感能力和检测 功能，光纤不仅起到 传光作用，而且在被 测对象作用下，如光强、相位、偏振态等 光学特性得到调制，调制后 的信号携带了被测信息。 非功能型光纤传感器——传输型 传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的 媒介，待测对象的调 制功能是由其它光电 转换元件实现的，光 纤的状态是不连续的， 光纤只起传光作用。 （2）按光在光纤中被调制的原理分 强度调制型； 相位调制型； 频率调制型； 波长调制型； 偏振态调制型。 （3）按测量对象分 光纤位移传感器； 光纤温度传感器； 光纤流量传感器； 光纤图像传感器。 8.2.3 光源 1. 白炽灯 用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通，一般白炽灯的辐射光谱是连续的。 发光范围：可见光、大量红外线和紫外线，所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。 特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。 2、激光器 激光是20世纪60年代出现的最重大科