光纖傳感器(1)

1、第第1111章章 光纖與光纖傳感器光纖與光纖傳感器一、基礎(chǔ)知識(shí)一、基礎(chǔ)知識(shí)光纖傳感器光纖傳感器 光纖傳感器光纖傳感器(FOS Fiber Optical (FOS Fiber Optical Sensor)Sensor)是是2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代中期發(fā)展起來年代中期發(fā)展起來的一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。它的一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。它是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。它與以電為基礎(chǔ)的傳感器有本質(zhì)區(qū)別。光纖傳感器光纖傳感器用光作為敏感信息的載體用光作為敏感信息的載體，用光纖作為用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)傳遞敏感信息

2、的媒質(zhì)。因此，。因此，它同時(shí)具有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)。它同時(shí)具有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)。 電絕緣性能好。電絕緣性能好。 抗電磁干擾能力強(qiáng)。抗電磁干擾能力強(qiáng)。 非侵入性。非侵入性。 高靈敏度。高靈敏度。 容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。控。光纖傳感器可測(cè)量位移、速度、加速度、光纖傳感器可測(cè)量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動(dòng)、溫度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動(dòng)、溫度、電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量纖芯纖芯包層包層涂覆層涂覆層護(hù)套護(hù)套1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)兩個(gè)同軸區(qū)，內(nèi)兩個(gè)同軸區(qū)，內(nèi)區(qū)稱為纖芯，外區(qū)稱為包層區(qū)稱為纖芯，外區(qū)稱為包層而且內(nèi)芯的折射率略大

3、于包而且內(nèi)芯的折射率略大于包層的折射率層的折射率 。通常，在包層。通常，在包層外面還有一層起支撐保護(hù)作外面還有一層起支撐保護(hù)作用的套層。用的套層。n2n1多模 階躍光纖nr多模 梯度光纖n2n1單模 梯度光纖2.光纖的種類及傳輸模式光纖的種類及傳輸模式根據(jù)折射率的變化規(guī)律根據(jù)折射率的變化規(guī)律, ,光纖分為階躍型和梯度型光纖分為階躍型和梯度型. .傳輸模傳輸模式分為單模和多模式分為單模和多模. .光纖的傳光原理光纖的傳光原理返回3.3.傳光原理傳光原理-斯乃爾定理斯乃爾定理 當(dāng)光由光密物質(zhì)出射至光疏物質(zhì)時(shí)，發(fā)生折射當(dāng)光由光密物質(zhì)出射至光疏物質(zhì)時(shí)，發(fā)生折射 （a a）折射角大于入射角：）折射角大于

4、入射角：（b b）臨界狀態(tài)：）臨界狀態(tài)： （c c）全反射）全反射 ：rinnsinsin21)/arcsin(120nni0ii光纖導(dǎo)光光纖導(dǎo)光 jinnsinsin10rknnsinsin21kj 90kkkinnnnnn2010101sin1cos)90sin()/(sinjinnsin)/(sin01rrinnnnnnn22221021201sin1)sin(1sinn0為入射光線為入射光線AB所在空間的折射率，一般皆為空氣，故所在空間的折射率，一般皆為空氣，故 n01rinn22221sinsin22210sinnni當(dāng)當(dāng)r =90r =90的臨界狀態(tài)時(shí)，的臨界狀態(tài)時(shí)， Sin iS

5、in i定義為定義為“數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑”NANA（Numerical ApertureNumerical Aperture） arcsinNAarcsinNA是一個(gè)臨界角，是一個(gè)臨界角，i arcsinNAi arcsinNA，光線進(jìn)入光纖后都不能傳播而在包層消失；，光線進(jìn)入光纖后都不能傳播而在包層消失；i arcsinNAi arcsinNA，光線才可以進(jìn)入光纖被全反射傳播。，光線才可以進(jìn)入光纖被全反射傳播。4.光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性 光纖的光纖的衰減衰減( (或損耗或損耗) )和和色散色散( (或帶寬或帶寬) )是描是描述光纖傳輸特性的兩個(gè)重要參量。述光纖傳輸特性的兩個(gè)重要參量。衰減

6、的概念衰減的概念 由于損耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庥捎趽p耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字脈沖，其信號(hào)，不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字脈沖，其幅度都要減小。光纖的損耗在很大程度上幅度都要減小。光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。決定了系統(tǒng)的傳輸距離。 1)1)傳輸損耗：在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蕚鬏敁p耗：在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖 P隨距離隨距離z z的變化，可以用下式表示的變化，可以用下式表示 式中，式中， 是損耗是損耗( (衰減衰減) )系數(shù)。系數(shù)。設(shè)長(zhǎng)度為設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)(km)L(km)的光纖，的光纖， 輸入光功率為輸入光功率為PiPi，輸，輸出光功率應(yīng)為出光功率應(yīng)為 Po=PPo

7、=Pi iexp(-L) exp(-L) 習(xí)慣上習(xí)慣上 的單位用的單位用dB/km,dB/km,損耗損耗( (衰減衰減) )系數(shù)系數(shù)apdzdp)/(lg100kmdBppLi 吸收損耗是由吸收損耗是由SiO2SiO2材材料引起的固有吸收和由雜料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。 由材料電子躍遷引起由材料電子躍遷引起的吸收帶發(fā)生在紫外的吸收帶發(fā)生在紫外(UV)(UV)區(qū)區(qū)(0.4m)(7m)(7m)，由于，由于SiO2SiO2是非晶狀材料，兩種是非晶狀材料，兩種吸收帶從不同方向伸展到吸收帶從不同方向伸展到可見光區(qū)?？梢姽鈪^(qū)。0.010.050.10.515105010

8、00.81.01.21.41.6實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)缺陷紫外吸收瑞利散射紅外吸收波長(zhǎng) / m損耗 / (dBkm1)固有吸收很小，固有吸收很小，在在0.81.6m0.81.6m波段，小于波段，小于0.1dB/km0.1dB/km，在，在1.31.6m1.31.6m波波段，小于段，小于0.03dB/km0.03dB/km。0.010.050.10.51510501000.81.01.21.41.6實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)缺陷紫外吸收瑞利散射紅外吸收波長(zhǎng) / m損耗 / (dBkm1)0.010.050.10.51510501000.81.01.21.41.6實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)缺陷紫外吸收瑞利散射紅外吸收波長(zhǎng) / m損耗 / (dBk

9、m1)光纖中的雜質(zhì)主要有光纖中的雜質(zhì)主要有過渡金屬過渡金屬( (例如例如Fe2+Fe2+、Co2+Co2+、Cu2+)Cu2+)和氫氧和氫氧根根(OH-)(OH-)離子，這些雜離子，這些雜質(zhì)是早期實(shí)現(xiàn)低損耗質(zhì)是早期實(shí)現(xiàn)低損耗光纖的障礙。光纖的障礙。氫氧根離子氫氧根離子(OH-) (OH-) 吸吸收 峰 在收 峰 在 0 . 9 5 m0 . 9 5 m 、1.24 m1.24 m和和1.39 m1.39 m波長(zhǎng)，其中以波長(zhǎng)，其中以1.39 1.39 mm的吸收峰影響最為的吸收峰影響最為嚴(yán)重。嚴(yán)重。 散射損耗主要由材散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和由光起的瑞利散

10、射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷纖結(jié)構(gòu)缺陷( (如氣泡如氣泡) )引引起的散射產(chǎn)生的。起的散射產(chǎn)生的。 結(jié)結(jié)構(gòu)缺陷散射產(chǎn)生的損構(gòu)缺陷散射產(chǎn)生的損耗與波長(zhǎng)無關(guān)。耗與波長(zhǎng)無關(guān)。 0.010.050.10.51510501000.81.01.21.41.6實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)缺陷紫外吸收瑞利散射紅外吸收波長(zhǎng) / m損耗 / (dBkm1)瑞利散射損耗瑞利散射損耗 R R與波長(zhǎng)與波長(zhǎng) 四次方成反比，可用經(jīng)四次方成反比，可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為驗(yàn)公式表示為 R R =A/ =A/4 4，瑞利散射系數(shù)瑞利散射系數(shù)A A取決于纖取決于纖芯與包層折射率差芯與包層折射率差 。當(dāng)。當(dāng) 分別為分別為0.2%0.2%和和0.5%0.5%時(shí)，時(shí)，A

11、A分別為分別為0.860.86和和1.021.02。瑞利散射損耗是光纖的瑞利散射損耗是光纖的固有損耗，它決定著光固有損耗，它決定著光纖損耗的最低理論極限。纖損耗的最低理論極限。 如果如果=0.2%=0.2%，在，在1.55m1.55m波長(zhǎng)，光纖最低波長(zhǎng)，光纖最低理論極限為理論極限為0.149 0.149 dB/kmdB/km。 0.010.050.10.51510501000.81.01.21.41.6實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)缺陷紫外吸收瑞利散射紅外吸收波長(zhǎng) / m損耗 / (dBkm1)2 2）色散）色散色散色散(Dispersion)(Dispersion)：是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，：是在光纖中傳輸?shù)墓庑?/p>

12、號(hào)，由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。色散一般包括模式色散、材料色散和物理效應(yīng)。色散一般包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。波導(dǎo)色散。 模式色散模式色散是由于不同模式的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生是由于不同模式的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的，的， 它取決于光纖的折射率分布，并和光纖材它取決于光纖的折射率分布，并和光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性有關(guān)料折射率的波長(zhǎng)特性有關(guān). . 材料色散：材料色散：是由于光纖的折射率隨波長(zhǎng)而改變，是由于光纖的折射率隨波長(zhǎng)而改變，以及模式內(nèi)部不同波長(zhǎng)成分的光以及模式內(nèi)部不同波長(zhǎng)成分的光( (實(shí)際光源不是實(shí)際光源不是純單色光純單色光)

13、 )，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。這種色，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。這種色散取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜散取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜線寬度。線寬度。波導(dǎo)色散：波導(dǎo)色散：是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)生的，生的， 它取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對(duì)它取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對(duì)折射率差。折射率差。單模光纖與多摸光纖的色散單模光纖與多摸光纖的色散(1)(1)單模光纖的色散單模光纖的色散 由于單模光纖只傳輸一種模式，因而它不存在模間由于單模光纖只傳輸一種模式，因而它不存在模間色散，只有模內(nèi)色散，即材料色散和波導(dǎo)色散。它色散，只有模內(nèi)色散，即材

14、料色散和波導(dǎo)色散。它們分別用色散系數(shù)們分別用色散系數(shù) c c和和 表示。總色散表示。總色散 = = c c+ 。通常，材料色散比波導(dǎo)色散大兩個(gè)量級(jí)。但是，在通常，材料色散比波導(dǎo)色散大兩個(gè)量級(jí)。但是，在零色散區(qū)，材料色散與波導(dǎo)色散值大致相當(dāng)，只是零色散區(qū)，材料色散與波導(dǎo)色散值大致相當(dāng)，只是兩者符號(hào)相反。兩者符號(hào)相反。(2)(2)多模光纖的色散多模光纖的色散 對(duì)于多模光纖，模間色散通常占主導(dǎo)地位。對(duì)于多模光纖，模間色散通常占主導(dǎo)地位。如果把模間色散平衡掉，則剩下的是材料色如果把模間色散平衡掉，則剩下的是材料色散和波導(dǎo)色散。此時(shí)，情況與單模傳輸類似，散和波導(dǎo)色散。此時(shí)，情況與單模傳輸類似，不同的是這

15、里的波導(dǎo)色散是多模波導(dǎo)色散。不同的是這里的波導(dǎo)色散是多模波導(dǎo)色散。在多模光纖中，波導(dǎo)色散與材料色散相比，在多模光纖中，波導(dǎo)色散與材料色散相比，常?？梢院雎?。常常可以忽略。 材料色散是材料的折射率隨頻率變化引起的色散，材料色散是材料的折射率隨頻率變化引起的色散，因此材料色散引起的脈沖展寬與光源譜寬成正比。因此材料色散引起的脈沖展寬與光源譜寬成正比。對(duì)于多模漸變型光纖，如果采用激光器對(duì)于多模漸變型光纖，如果采用激光器(LD)(LD)作光源，作光源，其譜寬一般為其譜寬一般為1-2nm1-2nm，故可忽略材料色散。此時(shí)，故可忽略材料色散。此時(shí)，脈沖展寬主要由模間色散決定。但是，當(dāng)光源為發(fā)脈沖展寬主要由

16、模間色散決定。但是，當(dāng)光源為發(fā)光二級(jí)管光二級(jí)管(LED)(LED)時(shí)，由于其譜寬大約為時(shí)，由于其譜寬大約為3050nm3050nm，故增加了材料色散的影響。這時(shí)，材料色散和模問故增加了材料色散的影響。這時(shí)，材料色散和模問色散相比不可忽略。色散相比不可忽略。3 3）光纖色散與帶寬的關(guān)系）光纖色散與帶寬的關(guān)系 光纖色散使輸入信號(hào)的各波長(zhǎng)分量到達(dá)終光纖色散使輸入信號(hào)的各波長(zhǎng)分量到達(dá)終端的群延時(shí)不同因此輸出信號(hào)或脈沖將發(fā)端的群延時(shí)不同因此輸出信號(hào)或脈沖將發(fā)生畸變或展寬。脈沖展寬將限制傳輸容量或生畸變或展寬。脈沖展寬將限制傳輸容量或決定最大中繼距離。展寬程度可以有延遲時(shí)決定最大中繼距離。展寬程度可以有延

17、遲時(shí)間來表示。間來表示。cfk002022001ffdkdkffc反映纖芯接收光量的多少，標(biāo)志光纖接收性能。反映纖芯接收光量的多少，標(biāo)志光纖接收性能。意義：意義：無論光源發(fā)射功率有多大，只有無論光源發(fā)射功率有多大，只有2i張角之張角之內(nèi)的光功率能被光纖接受傳播。內(nèi)的光功率能被光纖接受傳播。大的數(shù)值孔徑：有利于耦合效率的提高。大的數(shù)值孔徑：有利于耦合效率的提高。但數(shù)值孔徑太大，光信號(hào)畸變也越嚴(yán)重。但數(shù)值孔徑太大，光信號(hào)畸變也越嚴(yán)重。2221sinnnNAi4 4）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度5 5）集光能力）集光能力三、光纖傳感器的分類及構(gòu)成三、光纖傳感器的分類及構(gòu)成光纖傳感器分為功能型、非功能型及拾光型

18、這類傳感器利用光纖這類傳感器利用光纖 本身對(duì)外界被測(cè)對(duì)象本身對(duì)外界被測(cè)對(duì)象具有敏感能力和檢測(cè)具有敏感能力和檢測(cè)功能，光纖不僅起到功能，光纖不僅起到傳光作用，而且在被傳光作用，而且在被測(cè)對(duì)象作用下，如光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等測(cè)對(duì)象作用下，如光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后 的信號(hào)攜帶了的信號(hào)攜帶了被測(cè)信息。被測(cè)信息。傳光型光纖傳感器的傳光型光纖傳感器的 光纖只當(dāng)作傳播光的光纖只當(dāng)作傳播光的媒介，待測(cè)對(duì)象的調(diào)媒介，待測(cè)對(duì)象的調(diào)制功能是由其它光電制功能是由其它光電轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，纖的狀態(tài)是不連續(xù)的， 光纖只起傳光作用。光纖只起傳

19、光作用。拾光型光纖傳感器拾光型光纖傳感器 用光纖作為探頭，接收由被測(cè)對(duì)象輻用光纖作為探頭，接收由被測(cè)對(duì)象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纖激光多普勒速度計(jì)、輻射式光纖子如光纖激光多普勒速度計(jì)、輻射式光纖溫度傳感器等。溫度傳感器等。 信號(hào)處理光受信器光發(fā)送器光纖耦合器被測(cè)對(duì)象四、光纖傳感器光學(xué)測(cè)量的基本原理四、光纖傳感器光學(xué)測(cè)量的基本原理 光就是一種電磁波，光就是一種電磁波， 光的電矢量光的電矢量E E)sin(tBE被測(cè)量調(diào)制：被測(cè)量調(diào)制：光的強(qiáng)度、偏振態(tài)（矢量光的強(qiáng)度、偏振態(tài)（矢量B B的方向）、頻率的方向）、頻率和相位和相位光的強(qiáng)度調(diào)制、偏振

20、調(diào)制、頻率調(diào)制或相位光的強(qiáng)度調(diào)制、偏振調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制調(diào)制 1 1、強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器、強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收折射率、吸收或或反射反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化來實(shí)現(xiàn)敏感測(cè)量的傳感器。有利用光纖的度變化來實(shí)現(xiàn)敏感測(cè)量的傳感器。有利用光纖的微彎損耗微彎損耗；各物質(zhì)的；各物質(zhì)的吸收特性吸收特性；振動(dòng)膜或液晶的；振動(dòng)膜或液晶的反射光強(qiáng)度反射光強(qiáng)度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機(jī)械的激勵(lì)而機(jī)械的激勵(lì)而發(fā)光發(fā)光的現(xiàn)象；以及物質(zhì)的熒光輻射的現(xiàn)象

21、；以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等來構(gòu)成壓力、振動(dòng)、溫度、位移、或光路的遮斷等來構(gòu)成壓力、振動(dòng)、溫度、位移、氣體等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。氣體等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，成本低。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，成本低。缺點(diǎn)：受光源強(qiáng)度波動(dòng)和連接器損耗變化等影響缺點(diǎn)：受光源強(qiáng)度波動(dòng)和連接器損耗變化等影響較大較大 。2 2、偏振調(diào)制光纖傳感器、偏振調(diào)制光纖傳感器利用光的偏振態(tài)的變化來傳遞被測(cè)對(duì)象信息利用光的偏振態(tài)的變化來傳遞被測(cè)對(duì)象信息應(yīng)用：應(yīng)用： 電流、磁場(chǎng)傳感器：法拉第效應(yīng)；電流、磁場(chǎng)傳感器：法拉第效應(yīng)； 電場(chǎng)、電壓傳感器：泡爾效應(yīng)；電場(chǎng)、電壓傳感器：泡爾效應(yīng)； 壓力、振

22、動(dòng)或聲傳感器：光彈效應(yīng)；壓力、振動(dòng)或聲傳感器：光彈效應(yīng)； 溫度、壓力、振動(dòng)傳感器：雙折射性溫度、壓力、振動(dòng)傳感器：雙折射性優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可避免光源強(qiáng)度變化的影響，靈敏度可避免光源強(qiáng)度變化的影響，靈敏度高。高。3、頻率調(diào)制光纖傳感器、頻率調(diào)制光纖傳感器被測(cè)對(duì)象引起的光頻率的變化來進(jìn)行監(jiān)測(cè)被測(cè)對(duì)象引起的光頻率的變化來進(jìn)行監(jiān)測(cè)利用運(yùn)動(dòng)物體反射光和散射光的多普勒效應(yīng)利用運(yùn)動(dòng)物體反射光和散射光的多普勒效應(yīng)的光纖速度、流速、振動(dòng)、壓力、加速度傳的光纖速度、流速、振動(dòng)、壓力、加速度傳感器；感器；利用物質(zhì)受強(qiáng)光照射時(shí)的喇曼散射構(gòu)成的測(cè)利用物質(zhì)受強(qiáng)光照射時(shí)的喇曼散射構(gòu)成的測(cè)量氣體濃度或監(jiān)測(cè)大氣污染的氣體傳感器；量

23、氣體濃度或監(jiān)測(cè)大氣污染的氣體傳感器；利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。211coscoscvffis4 4、相位調(diào)制傳感器、相位調(diào)制傳感器被測(cè)對(duì)象導(dǎo)致光的相位變化，然后用干涉儀來檢測(cè)這被測(cè)對(duì)象導(dǎo)致光的相位變化，然后用干涉儀來檢測(cè)這種相位變化而得到被測(cè)對(duì)象的信息。種相位變化而得到被測(cè)對(duì)象的信息。利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器；利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器；利用電致伸縮的電場(chǎng)、電壓傳感器利用電致伸縮的電場(chǎng)、電壓傳感器 利用利用SagnacSagnac效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器（光纖陀效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度

24、傳感器（光纖陀螺）螺）優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度很高，靈敏度很高，缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：特殊光纖及高精度檢測(cè)系統(tǒng)，成本高。特殊光纖及高精度檢測(cè)系統(tǒng)，成本高。TTnnl 2200 ttEgtEg201 1輸出光纖輸出光纖 2 2輸入光纖輸入光纖 3 3輸出光纖輸出光纖 4 4膠膠 5 5膜片膜片 ApApII1112兩束輸出光的光強(qiáng)之比兩束輸出光的光強(qiáng)之比 AA常數(shù)；常數(shù)；pp待測(cè)量壓力待測(cè)量壓力 輸出光強(qiáng)比輸出光強(qiáng)比I I2 2/I/I1 1與膜片的反射率、光源強(qiáng)度等因素均無關(guān)與膜片的反射率、光源強(qiáng)度等因素均無關(guān) 將上式兩邊取對(duì)數(shù)，在滿足將上式兩邊取對(duì)數(shù)，在滿足(Ap)(Ap)2 211時(shí)，得到時(shí)，得到 ApII2ln12表明待測(cè)壓力與輸出光強(qiáng)比的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。表明待測(cè)壓力與輸出光強(qiáng)比的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。若將若將I I1 1、I I2 2檢出后分別經(jīng)對(duì)數(shù)放大后，再通過減法器檢出后分別經(jīng)對(duì)數(shù)放大后，再通過減法器即可得到線性的輸出。即可得到線性的輸出。采用不同的尺寸、材料的膜片，可獲得不同的測(cè)量范采用不同的尺寸、材料的膜片，可獲得不同的測(cè)量范圍。圍