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1、光纤传感器的原理、应用及发展 易李坤 201310599521 1、光纤与传光原理 2、光纤传感器的分类及应用 3、光纤传感器的发展前景 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 ）。 1、光纤与传光原理 u 光纤的结构 100 200m 包层 玻璃纤维尼龙外层 涂敷层 纤芯 外层直径1mm 1.1 光纤的结构和分类 u光纤的分类 (1) 按纤芯和包层材料性质分类： 玻璃光纤和塑料光纤 (2) 按折射率分布分类： 阶跃折射率型和梯度折射率型 阶跃型光纤纤芯的折射率不随
2、半径而变；但在纤芯与包层 界面处折射率有突变。梯度型光纤纤芯的折射率沿径向由中 心向外呈抛物线由大渐小，至界面处与包层折射率一致。因 此，这类光纤有聚焦作用；光线传播的轨迹近似于正弦波， 如图所示。 光纤传光原理主要是基于光的全反射。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； v 光线在光纤端面入射角减小到某一角度c时，光 线全部反射。 v 只要c，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。 光纤的传光原理 光纤传感器的原理 光纤传感器由光发送器、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，是一种把被测量的状态转变为可测的光
3、信号 的装置。 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，从而使光信号变为电 信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 光 源 信号 调制 光纤 光纤光探 测器 信号 处理 待测参数 p 光纤温度传感器 p 光纤位移传感器 p光纤液位传感器 p 光纤速度传感器 光纤传感器的分类 1、光纤高温测量系统 测量时，测量光纤插入钢水内部约40cm深。光纤可采用金属套层光纤，光 纤插入瞬间，光纤被烧蚀，端面形成半圆形凹面，这时，在金属套层被烧蚀 前，光纤最前端可近似视为黑体。在测量段光纤被烧蚀前，钢水测量点处的 温度可传出。钢水内部
4、温度通过对光纤端面的辐射由光纤传输到光电转换及 单片机处理系统。 2、光纤位移传感器 反射式光强调制测量位移由光纤输出的光照射到反射面上发生反射，其中一部分 反射光返回光纤，测出反射光的光强，就能确定反射面位移情况。这种传感器可 使用两根光纤，分别作传输发射光及接收光用；也可以用一根光纤同时承担两种 功能。为增加光通量可采用光纤束，此方法测量范围在9 mm以内，其光强调制 的示意如图所示。 3、光纤液位传感器 12 (a)探头结构 LED PD 光由光纤的一端导入,在球状对 折端部一部分光透射出去,而另 一部分光反射回来,由光纤的另 一端导向探测器。反射光强的 大小取决于被测介质的折射率 。被
5、测介质的折射率与光纤折 射率越接近,反射光强度越小。 显然,传感器处于空气中时比处 于液体中时的反射光强要大。 因此,该传感器可用于液位报警 。若以探头在空气中时的反射 光强度为基准，则当接触水时 反射光强变化6dB7dB,接触 油时变化25dB30dB。 (b) )检测原理 空气液体 4、光纤速度传感器 与传统加速度传感器相比, 光纤加速度传感器 不但具有抗电磁干扰的独特优点, 而且体积小、 质量轻、 动态范围宽、 准确度高、 能在恶劣环 境下工作, 因此光纤传感器的研究受到高度重视, 各种光纤传感器不断涌现。 优点： 光纤传感器发展前景 光纤传感运用主要分为五大方向: （1）石油和天然气油藏监测井下的P/T传感、地震阵 列、能源工业、发电厂、锅炉及蒸汽涡轮机、电力电缆、 涡轮机运输、炼油厂； （2）航空航天喷气发动机、火箭推进系统、机身； （3）民用基础建设桥梁、大坝、道路、隧道、滑坡 ； （4）交通运输铁路监控、运动中的重量、运输安全 ； （5）生物医学医用温度压力、颅内压测量、微创手 术、一次性探头。 谢谢！
