光纤传感器的分类
38页1、,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 n01,当r =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
2、一个临界角, i arcsinNA,光线进入光纤后都不能传播而在包层消失; i 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2i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. 传播损耗,损耗原因: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,传播损耗(单位为dB),式中, I光纤长度; a单位长度的衰减; I0光导纤维输入端光强; I光导纤维输出端光强。,4.4 光纤传感器
3、,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,4.4.3 光纤传感器结构原理,把被测量的状态转变为可测的光信号的装置,光受到被测量的调制,已调光经光纤耦合到光接收器, 使光信号变为电信号,经信号处理系统得到被测量。,光纤传感器光学测量的基本原理,光就是一种电磁波,,光的电矢量E,被测量调制: 光的强度、偏振态(矢量B的方向)、频率和相位 解调: 光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制,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,4.4.4 光纤传感器的分类,注:MM多模光纤;SM单模光纤;PM偏振保持光纤,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,(1) 光纤的传感器中的作用,功能型 非功能型 拾光型,(a) 功能型
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