光纤传感器课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光纤传感器,上一页,下一页,返 回,一、光纤传感器根底,二、光调制与解调技术,三、光纤传感器实例,各种装饰性光导纤维,光纤传感器外形,一、光纤传感器根底,光纤波导简称光纤，是用透光率高的电介质(石英、玻璃、塑料等)构成的光通路。,由圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率n,1,略大于包层的折射率n,2,。,通常直径为几微米到几百微米,9.1.1 光纤波导原理,光纤的构造,纤芯,包层,涂覆层,护套,光的反射、折射,当一束光线以肯定的入射角1从介质1射到与介质2的分界面上时，一局部能量反射回原介质；另一局部能量则透过分界面，在另一介质内连续传播。,光纤导光,上一页,下一页,返 回,光在,光纤中,的全反射,光的全反射试验,光纤按折射率变化类型分类,按纤芯到包层折射率变化：,阶跃,折射率光纤,渐变,折射率光纤,光纤模式,光纤模式:光波沿光导纤维传播的途径和方式。,以不同角度入射的光线在(n1和n2)界面上的反射次数是不同的。,光纤传输的光波，可以分解为沿纵轴向传播和沿横切向传播的两种平面波成分。后者在纤芯和包层的界面上会产生全反射。当它在横向来回一次的相位变化为2的整数倍时，将形成驻波。形成驻波的光线组称为模。,在光导纤维中传播模式很多对信息的传输是不利的，导致合成信号的畸变，因此我们希望模式数量较少为好。,上一页,下一页,返 回,单模光纤：V2.405,一般单模光纤：n1-n2/n1310-3 r=24m,多模光纤：r=2560m 包层半径b125 m,光纤传输模的总数:,r为光纤半径，为光波波长。,希望小则r不能太大，且n2与n1之差要小,光纤内光传播的模式数量用归一化频率,表示为,2 光纤传感器的分类,光纤传感器是通过对光纤内传输的光进展调制，使传输光的强度、相位、频率或偏振等特性发生变化，再通过对被调制的光信号进展检测，从而得出相应被测量的传感器。,光纤传感器一般可分为两大类：功能型FF和非功能型NF,功能型FF:利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件。所以也称传感型光纤传感器，或全光纤传感器。,非功能型：利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅做为光的传输介质。所以也称为传光型传感器或混合型传感器。,a类：功能型FF,b类：非功能型NF,C类：拾光型NF,上一页,下一页,返 回,(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：构造紧凑、灵敏度高。,缺点：须用特殊光纤，本钱高，,典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。,上一页,下一页,返 回,(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，光照在非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，,比较简洁实现，本钱低。,缺点：灵敏度较低。,有用化的大都是非功能型的光纤传感器。,上一页,下一页,返 回,(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,上一页,下一页,返 回,强度调制与解调,利用被测对象引起载波光强度变化，从而实现对被测对象进展检测的方式。光强度变化可以直接用光电探测器进展检测，,优点:构造简洁、简洁实现、本钱低。,缺点:易受光源波动和连接器损耗变化等的影响,上一页,下一页,返 回,3.光强度的外调制,遮断型,发送光纤,接收光纤,反射型,接收光纤,发送光纤,光纤,探头,二、偏振调制与解调,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：可避开光源强度变化的影响，灵敏度高。,上一页,下一页,返 回,三、光纤传感器的特点,上一页,下一页,返 回,灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、可桡性、可实现不带电的全光型探头,频带宽动态范围大,可用很相近的技术根底构成测不同物理量的传感器,便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和掌握,可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境,构造简洁、体积小、重量轻、耗能少,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。,光缆的外形,光纤的类型,阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀全都，称为多模光纤。,梯度型,：,梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。,单孔型光纤,单孔型光纤的纤芯直径较小数微米接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。,与光纤耦合的电光与光电转换器件,实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管,。,激光二极管的外形,激光二极管芯片,专用的光纤连接头及光纤插座,光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必需严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。,光纤液位传感器,光纤式光电开关应用,标志孔,电路板标志检测,当光纤发出的光穿过标志孔时，假设无反射，说明电路板方向放置正确。,光纤 耦合器,传输光纤,出射光纤,光纤式光电开关应用,遮断型光纤光电开关,出射光纤,接收光纤,光纤式光电开关应用,承受遮断型光纤光电开关对IC 芯片引脚进展检测,