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1、第七章 光纤传感器,Fiber optic sensor(FOS),第一节 光纤的基本概念,1、光纤的结构,n1n2,为什么？,2、光纤的分类,材料,玻璃：,塑料：,折射率,阶跃型,梯度型,模式,单模：,多模：,损耗小,损耗大，但重量轻，成本低，柔软性好，适于短距离传输,纤芯很细（5-10um）,纤芯直径较粗（10um以上）,3、传光原理,由斯乃尔定理（Snells Law）可知：,n1sin1=n2sin2,Sinc=n2 /n1,数值孔径（NA）:,衡量光纤集光性能的一个重要参数。,4、传光损耗,费涅耳反射：,在端面处发生的反射损耗。可通过在端面镀膜来减小。,光吸收损耗：,与光纤纤芯的吸收
2、系数和光纤总长度有关系。,全反射损耗：,全反射过程中，由于界面不平滑以及包层媒质的光吸收作用，而发生的损耗。,入射角越小，光程越短，反射次数越少，则全反射损耗越小。,5、光纤传感器的类型,传光型（非功能型NF）：光纤不是敏感元件，只是做为传光元件，仅作为光的传输回路。较易实现，无特殊要求，成本低，灵敏度低。,传感型（功能型FF）：光纤不仅起传光作用，同时又是敏感元件，即是利用被测物理量直接或间接对光纤中传送光的光强(振幅)、相位、偏振态、波长等进行调制而构成的一类传感器。灵敏度高，需用特殊光纤，成本也高。,光纤传感器的组成：,光源光纤光探测器,（a） 传感型； （b） 传光型,第二节 功能型光
3、纤传感器,一、相位调制型光纤传感器,原理：,被测物理量的作用,（压力、温度）,L、n1、d变化,变化,工作原理：利用光纤的各种效应，实现对外界被测参数的传感功能。,将相位调制转换为振幅调制（干涉测量仪）,二、光强调制型光纤传感器,微弯曲损耗原理：光纤发生微弯曲后，损耗会增大，从而输出光强减小。,光纤微弯曲位移（压力）传感器原理图,三、偏振态调制型光纤传感器,法拉第旋转效应：当某些介质中传播的线偏振光受到沿光传播方向的磁场的作用时，线偏振光的偏振面会发生旋转，也叫磁光效应。,工作原理：基于法拉第旋转效应,探测器1,探测器2,光源,光纤,基于光纤磁光效应的电流传感器,高压输电线,偏 振 棱 镜,信号 处理 装置,输出,第三节 非功能型光纤传感器,一、传输光强调制光纤传感器,包层,纤芯,输入光,包层,纤芯,输出光,可动栅,固定栅,光栅调制光强的原理图,二、反射光强调制光纤传感器,光纤位移传感器,输出电压与位移的关系,A,B,C,D,第四节 光纤传感器的应用,问题：该光纤传感器属于功能型还是非功能型？,半导体光吸收型光纤温度传感器结构原理图,半导体的光透过率特性,(1)光纤传感器的抗电磁干扰能力强； (2)光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。 (3)适于遥测。,光纤传感器的特点,
