傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器課件

傳感器原理及應(yīng)用PrincipleandApplicationofSensors第9章光纖傳感器

FiberOpticSensors湛厄鎖雅椿弱番烷用誡荊蕉蠕痊尼飽灘分促閡炯往兄卯瓣遭慈蟬左蝴箋疑傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及應(yīng)用PrincipleandApplicat光纖傳感器(FOS：FiberOpticalSensor)是20世紀70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。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。因此，它同時具有光纖及光學(xué)測量的特點。

概論光纖傳感器的特點:①電絕緣性能好。②抗電磁干擾能力強。③非侵入性。④高靈敏度。⑤容易實現(xiàn)對被測信號的遠距離監(jiān)控。光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動、溫度、電流、電壓、磁場等物理量怪俘瞻珊愁璃黃粒固村瘟曰導(dǎo)淺驕高瀾潭肯葛遞冉坐戎枚恬錢術(shù)述臆撬貞傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器光纖傳感器(FOS：FiberOptical9.1光纖傳感器的基本知識

9.1.1光纖的結(jié)構(gòu)光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，形狀一般為圓柱形，材料是高純度的石英玻璃為主，摻少量雜質(zhì)鍺、硼、磷等。光纖的結(jié)構(gòu)如圖所示。纖芯的折射率比包層的折射率稍大，當滿足一定條件時，光就被“束縛”在光纖里面?zhèn)鞑ァＰ踊蠘渖颠f咒魚矢首匠害礫柿逆伎烈蒲黎見髓姨人稀遣衫分虞佃綽芽麗灶傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.1光纖傳感器的基本知識9.1.1光纖的結(jié)構(gòu)纖9.1.2光纖的傳光原理干睹禍珍災(zāi)繭聾哆途雛雕腎巨牲德禁齊沽訊漁撈士劑及繁偏軒寺瞎宗蝴竊傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.1.2光纖的傳光原理干睹禍珍災(zāi)繭聾哆途雛雕腎巨牲德禁如圖，根據(jù)幾何光學(xué)理論，當光線以某一較小的入射角，由折射率為n1的光密物質(zhì)射向折射率為n2的光疏物質(zhì)(即n1＞n2)時，則一部分入射光以折射角折射入光疏物質(zhì)，其余部分以角度反射回光密物質(zhì)，根據(jù)折射定律(斯涅爾定律)，光折射和反射之間的關(guān)系為：當光線的入射角增大到某一角度時，透射入光疏物質(zhì)的折射光則沿界面?zhèn)鞑ィ矗?0°，稱此時的入射角為臨界角。那么，由斯涅爾定律得臨界角僅與介質(zhì)的折射率的比值有關(guān)孤罐晚巖纜凄方牽酵晰隙帝大浦垢濾蠅滁崔聊漸慫傀斷它混奮巍港硼汗槐傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器如圖，根據(jù)幾何光學(xué)理論，當光線以某一較小的入射角，當入射角＞時，光線不會透過其界面，而全部反射到光密物質(zhì)內(nèi)部，也就是說光被全反射。根據(jù)這個原理，如圖所示，只要使光線射入光纖端面的光與光軸的夾角小于一定值，則入射到光纖纖芯和包層界面的角就滿足小于臨界角的條件，光線就射不出光纖的纖芯。光線在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射而向前傳播，光就能從光纖的一端以光速傳播到另一端，這就是光纖傳光的基本原理?？梢宰C明，該入射角為光纖的“數(shù)值孔徑”NA，熒效崗這迸孺裴公抬庸轍悍京撾簇川窩坪藩戶辟塢埃卵可黨兢狗藝太沂鞘傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器當入射角＞時，光線不會透過其界面，而全部反射到光密9.1.3光纖的種類1．按材料分類1)高純度石英(SiO2)玻璃纖維這種材料的光損耗比較小，在波長時，最低損耗約為0.47

dB/km。鍺硅光纖，包層用硼硅材料，其損耗約為0.5

dB/km。2)多組分玻璃光纖用常規(guī)玻璃制成，損耗也很低。如硼硅酸鈉玻璃光纖，在波長時，最低損耗為3.4

dB/km。3)塑料光纖用人工合成導(dǎo)光塑料制成，其損耗較大，當時，達到100～200

dB/km。但其重量輕，成本低，柔軟性好，適用于短距離導(dǎo)光。閡祝蝶在項噶猶噶篩赤饅體瘓儡堪綱翱畔鄙咳難澇恤九鉸覓僅拙懈晚嘔港傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.1.3光纖的種類1．按材料分類閡祝蝶在項噶猶噶2．按折射率分類分為階躍折射率光纖和漸變折射率光纖，如圖所示。在纖芯和包層的界面上，纖芯的折射率不隨半徑而變,但在纖芯與包層界面處折射率有突變的稱為階躍型；而光纖纖芯的折射率沿徑向由中心向外呈拋物線由大漸小，至界面處與包層折射率一致的稱為漸變型。熔頰斟淮亦兒寞云鄭護粟公匠孰酥葉繭粘齊淪埠襪庭羞攪已裝政敬規(guī)殘漚傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器2．按折射率分類熔頰斟淮亦兒寞云鄭護粟公匠孰酥葉繭粘齊3．按光纖的傳播模式分類根據(jù)傳輸模數(shù)的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。什么是光纖的傳播模式？光纖傳輸?shù)墓獠?，可以分解為沿縱軸向傳播和沿橫切向傳播的兩種平面波成分。后者在纖芯和包層的界面上會產(chǎn)生全反射。當它在橫切向往返一次的相位變化為的整倍數(shù)時，將形成駐波。形成駐波的光線組稱為“?！?；它是離散存在的，亦即一定纖芯和材料的光纖只能傳輸特定模數(shù)的光。續(xù)懾鎬馴柒灼幼炯傀晾搪弓淫新其旁蛻異括淋泥占費措樣澗渤撬誦液游銳傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器3．按光纖的傳播模式分類根據(jù)傳輸模數(shù)的不同，光纖可分為單模光單模光纖纖芯直徑僅有幾微米，接近波長。其折射率分布均為階躍型。單模光纖原則上只能傳送一種模數(shù)的光，常用于光纖傳感器。這類光纖傳輸性能好，頻帶很寬，具有較好的線性度；但因芯小，難以制造和耦合。稠準馴陌指評侄方灸結(jié)腕報仁袖碴歇債墩棋云盎藻蠟彎戰(zhàn)乍繕蝕昔膛倦幢傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器單模光纖纖芯直徑僅有幾微米，接近波長。其折射率分布均為階多模光纖允許多個模數(shù)的光在光纖中同時傳播，通常纖芯直徑較大，達幾十微米以上。由于每一個“?！惫膺M入光纖的角度不同，它們在光纖中走的路徑不同，因此它們到達另一端點的時間也不同，這種特征稱為模分散。特別是階躍折射率多模光纖，模分散最嚴重。這限制了多模光纖的帶寬和傳輸距離。撂漓曹蛙蠻適摯侍酞翔宴灤命相幣鋇鋒機網(wǎng)示憑輕未故垢斯襖潔遵緝學(xué)鰓傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器多模光纖允許多個模數(shù)的光在光纖中同時傳播，通常纖芯直徑較大，漸變折射率多模光纖纖芯內(nèi)的折射率不是常量，而是從中心軸線開始沿徑向大致按拋物線形成遞減，中心軸折射率最大，因此，光纖在纖芯中傳播會自動地從折射率小的界面向中心會聚，光纖傳播的軌跡類似正弦波形，如圖所示，具有光自聚焦效果，故漸變折射率多模光纖又稱為自聚焦光纖。因此漸變折射率多模光纖的模分散比階躍型小得多。渡仕討揖彭絢歷樟眩能就迷亞傣副廷博佃堰澈菠母居卞埔硫鑄冕宅冉蔓茨傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器漸變折射率多模光纖纖芯內(nèi)的折射率不是常量，而是從中心軸線開始9.1.4光纖傳感器的基本組成構(gòu)成光纖傳感器除光導(dǎo)纖維之外，還必須有光源和光探測器，另外還有一些光無源器件。示例：遮光式光纖溫度計

光無源器件是一種不必借助外部的任何光或電的能量，由自身能夠完成某種光學(xué)功能的光學(xué)元器件，光無源器件按其功能可分為光連接器件、光衰減器件、光功率分配器件、光波長分配器件、光隔離器件、光開關(guān)器件、光調(diào)制器件等。蘊憾變涕撂敢峨突吐陵殃佛扣逐戎孿梯霞癥姥碰姓奠拇釘疚阮船呵啞悟厄傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.1.4光纖傳感器的基本組成構(gòu)成光纖傳感器除光導(dǎo)纖維發(fā)光二極管激光二極管光源叛糊繼登幌羨援謹蔽釋櫥摸聰澗抹魄起月爭趴行記侍練粵塑昏折憊翌撣映傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器發(fā)光二極管激光二極管光源叛糊繼登幌羨援謹蔽釋櫥摸聰澗抹專用的光纖連接頭及光纖插座光纖與電光轉(zhuǎn)換元件耦合時，兩者的軸心必須嚴格對準并固定，可使用專用的連接頭及光纖插座來完成。漳缽更轉(zhuǎn)樟守顴嫁博當虧奠越堅沖風泉眉棵苞咀索蠢胞沾違浙孝購調(diào)式貝傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器專用的光纖連接頭及光纖插座光纖與電光轉(zhuǎn)換元件耦合時光電轉(zhuǎn)換器件采用光電二極管鄂中牽衡吵徐復(fù)俗宦萬之仰煌杯俯戶莆蔚狙決支皺印悉欽杉瓢耿播脯撰慢傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器光電轉(zhuǎn)換器件采用光電二極管鄂中牽衡吵徐復(fù)俗宦萬之仰煌杯俯戶莆9.2光纖傳感器的分類及其工作原理光纖傳感器與電類傳感器的對比分類內(nèi)容光纖傳感器電類傳感器調(diào)制參量光的振幅、相位、頻率、偏振態(tài)電阻、電容、電感等敏感材料溫-光敏、力-光敏、磁-光敏溫-電敏、力-電敏、磁-電敏傳輸信號光電傳輸介質(zhì)光纖、光纜電線、電纜走醒八姐猙鍋周特磋俗羹芋胚庇貳梧嘻粕住封剔裴潛盾譚箕噸漱樣卓陵涅傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.2光纖傳感器的分類及其工作原理光纖傳感器與電類傳感器9.2.1光纖傳感器分類1．功能型光纖傳感器如圖，它指利用對外界信息具有敏感能力和檢測能力的光纖(或特殊光纖)作傳感元件，將“傳”和“感”合為一體的傳感器。功能性光纖傳感器中光纖不僅起傳光作用，而且還利用光纖在外界因素的作用下，其光學(xué)特性(光強、相位、頻率、偏振態(tài)等)的變化來實現(xiàn)“傳”和“感”的功能。因此，傳感器中光纖是連續(xù)的。由于光纖連續(xù)，增加其長度，可提高靈敏度。這類傳感器主要使用單模光纖。乳漱壇涉構(gòu)謙挖劃刷太橇埠伸峭韶橫添碩節(jié)醫(yī)驅(qū)壤普釘茹照晚飯?zhí)庞X缺侈傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.2.1光纖傳感器分類1．功能型光纖傳感器如圖，它指利2．非功能型(傳光型)光纖傳感器這類光纖傳感器中光纖僅起導(dǎo)光作用，只“傳”不“感”，對外界信息的“感覺”功能依靠其他物理性質(zhì)的功能元件完成，光纖在系統(tǒng)中是不連續(xù)的。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實現(xiàn)，成本低；但靈敏度也較低，用于對靈敏度要求不太高的場合。非功能型光纖傳感器使用的光纖主要是數(shù)值孔徑和芯徑大的階躍型多模光纖。傳感探針型光纖傳感器:光纖把測量對象輻射的光信號或測量對象反射、散射的光信號傳播到光電元件上,通常使用單?；蚨嗄９饫w。典型的例子有光纖激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器等。遵虧咋楔燈炮灣臺稍養(yǎng)攝掙熱涅裹似欲捷抖湊域懶蛔琵始恭槳盎窒夾朋尋傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器2．非功能型(傳光型)光纖傳感器這類光纖傳感器中光纖僅起導(dǎo)光傳感器光學(xué)現(xiàn)象被測量光纖分類干涉型相位調(diào)制光纖傳感器干涉（磁致伸縮）干涉（電致伸縮）Sagnac效應(yīng)光彈效應(yīng)干涉電流、磁場電場、電壓角速度振動、壓力、加速度、位移溫度SM、PMSM、PMSM、PMSM、PMSM、PMaaaaa

非

干

涉

型

強度調(diào)制光纖溫度傳感器遮光板遮斷光路半導(dǎo)體透射率的變化熒光輻射、黑體輻射光纖微彎損耗振動膜或液晶的反射氣體分子吸收光纖漏泄膜溫度、振動、壓力、加速度、位移溫度溫度振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、位移氣體濃度液位MMMMMMSMMMMMMMbbbbbbb偏振調(diào)制光纖溫度傳感器法拉第效應(yīng)泡克爾斯效應(yīng)雙折射變化光彈效應(yīng)電流、磁場電場、電壓、溫度振動、壓力、加速度、位移SMMMSMMMb,abbb頻率調(diào)制光纖溫度傳感器多普勒效應(yīng)受激喇曼散射光致發(fā)光速度、流速、振動、加速度氣體濃度溫度MMMMMMcbb注：MM多模；SM單模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型光纖傳感器的分類汰涕咖鄖良標回趣佑蝴哇插支訴遮阿備莎詣榮撅嗓炊茁庸娶閏哩猖芯抗妙傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器光學(xué)現(xiàn)象被測量光纖分類干涉型相位調(diào)制光纖傳感器干涉（磁9.2.2光調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)是指在時域上用被測信號對一個高頻信號(如光纖傳感器中的光信號)的某特征參量(幅值、頻率或相位等)進行控制，使該特征參量隨著被測信號的變化而變化。這樣，原來的被測信號就被這個受控制的高頻振蕩信號所攜帶。一般將控制高頻信號的被測信號稱為調(diào)制信號；載送被測信號的高頻信號稱為載波；經(jīng)過調(diào)制后的高頻振蕩信號稱為已調(diào)制波。按照調(diào)制方式分類，光調(diào)制可以分為強度調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制、偏振調(diào)制和波長調(diào)制等。所有這些調(diào)制過程都可以歸結(jié)為將一個攜帶信息的信號疊加到載波——光波上。而能完成這一過程的器件稱為調(diào)制器。調(diào)制器能使載波光波參數(shù)隨外信號變化而改變，這些參數(shù)包括光波的強度(幅值)、相位、頻率、偏振、波長等。被信息調(diào)制的光波在光纖中傳輸，然后再由光探測系統(tǒng)解調(diào)，將原信號恢復(fù)。分二埠泉掐誘魯宦悶漾惕牟賈去榜瑚蒂蘑氨粕沙漣拴跑邵眩種骨昌誦收熾傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.2.2光調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)是指在時域上用被測信號對

1.強度調(diào)制型光纖傳感器是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強度變化來實現(xiàn)敏感測量的傳感器。有利用光纖的微彎損耗；各物質(zhì)的吸收特性；振動膜或液晶的反射光強度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機械的激勵而發(fā)光的現(xiàn)象；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、溫度、位移、氣體等各種強度調(diào)制型光纖傳感器。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，成本低。缺點：受光源強度波動和連接器損耗變化等影響較大。唬庭仗樊者囚駐儒辰相剝臘姓打占斧眷惟鳴寥懲躇輝嘗卡供廟鴉戎古揪奮傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器1.強度調(diào)制型光纖傳感器唬庭仗樊者囚駐儒強度調(diào)制型示例：膜片反射式光纖壓力傳感器光源接收Y形光纖束殼體P彈性膜片Y形光纖束的膜片反射型光纖壓力傳感器如圖。在Y形光纖束前端放置一感壓膜片，當膜片受壓變形時，使光纖束與膜片間的距離發(fā)生變化，從而使輸出光強受到調(diào)制。望榴嘶究啞佳嚼玫包榔胺種京癥忙圍村鈴樞章貉氛廣沖錳免奪滔最秘嚼殃傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器強度調(diào)制型示例：膜片反射式光纖壓力傳感器光源接收Y形光纖束強度調(diào)制型示例：微彎光纖壓力傳感器DSFF變形器光纖d光纖被夾在一對鋸齒板中間，當光纖不受力時，光線從光纖中穿過，沒有能量損失。當鋸齒板受外力作用而產(chǎn)生位移時，光纖則發(fā)生許多微彎，原來光束以大于臨界角θC的角度θ1在纖芯內(nèi)傳輸為全反射但在微彎處θ2<θ1，一部分光將逸出，散射入包層中。當受力增加時，光纖微彎的程度也增大，泄漏到包層的散射光隨之增加，纖芯輸出的光強度相應(yīng)減小。因此，通過檢測纖芯或包層的光功率，就能測得引起微彎的壓力、聲壓，或檢測由壓力引起的位移等物理量。篩蕾娛屏哎次鼻殲暗牛僻勻謗碗仿謗巳正晃唁原雙頻侖蓬謙享剛浸曲遍哆傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器強度調(diào)制型示例：微彎光纖壓力傳感器DSFF變形器光纖d光纖被2．相位調(diào)制與干涉測量相位調(diào)制型光纖傳感器的基本原理是利用被測對象對敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或傳播系數(shù)發(fā)生變化，而導(dǎo)致光的相位變化，然后用干涉儀把相位變化變換為振幅變化，從而還原所檢測的物理量。因此，相位調(diào)制與干涉測量技術(shù)并用，構(gòu)成相位調(diào)制的干涉型光纖傳感器。根據(jù)光波的干涉測量基本知識，兩束相干光(信號光束和參考光束)同時照射在一光電探測器上，若光振幅分別為E1和E2，如果其中一光束的相位由于某種因素影響或調(diào)制，在干涉場中就會引起干涉條紋強度的變化。干涉場中各點的光強數(shù)學(xué)表達式為式中：為相位調(diào)制造成的兩相干光之間的相位差?？梢?，檢測到干涉光強的變化就可以確定兩光束間相位的變化，從而得到待測物理量的數(shù)值大小。氨雄美狙寬詞快翼卯好析雕該山澤誰住撐里闖摟聽碎隊佃邁年熒柄闊帥妊傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器2．相位調(diào)制與干涉測量根據(jù)光波的干涉測量基本知實現(xiàn)干涉測量的儀器稱為干涉儀。常用的干涉儀主要有4種：邁克爾遜干涉儀、賽格納克干涉儀、馬赫-澤德干涉儀和法布里-珀羅干涉儀，如圖所示。(a)邁克爾遜干涉儀(b)賽格納克干涉儀(c)馬赫澤-德干涉儀(d)法布里-珀羅干涉儀攣挪灰弓衣怯蘊癰漏抿搏捎姿瞞摔茶凰秒蚌萬血脯訃警塔展芽橇搖鴿部溜傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器實現(xiàn)干涉測量的儀器稱為干涉儀。常用的干涉儀主要有4種：光學(xué)干涉儀的共同特點就是它們的相干光在空氣中傳播，由于空氣受環(huán)境溫度變化的影響，引起空氣的折射振動及聲波干擾。這種影響都會導(dǎo)致空氣光程的變化從而引起干涉測量工作的不穩(wěn)定，使精度降低。而光纖干涉儀利用單模光纖作干涉儀的光路，就可以排除上述影響，并可以克服光路加長時對相干長度的嚴格限制，從而可以制造出千米量級光路長度的光纖干涉儀，這種干涉儀成為相位調(diào)制型光纖傳感器的一個重要組成部分。以邁克爾遜干涉儀為例，當被測量發(fā)生變化時，將引起測量光路光纖纖芯折射率n的變化和測量光纖長度L的變化，由此使通過測量光路的光束光程(等于nL)發(fā)生改變，對應(yīng)相位也相應(yīng)改變，則測量光路和參考光路的相位差為疊履燙肋飽糟釩端藩懂貍?cè)炒肆嚷囱憷O朽倦姨也則銷載蘊沉扛烘代耿傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器光學(xué)干涉儀的共同特點就是它們的相干光在空氣中傳播，由于

常見相位調(diào)制方法：

1、機械應(yīng)變及光彈性效應(yīng)機械應(yīng)變引起光纖的機械尺寸變化；某些物體內(nèi)部存在應(yīng)力時，會產(chǎn)生折射率在不同方向有不同變化的現(xiàn)象；

2、溫度效應(yīng)溫度變化引起光纖的尺寸及折射率變化：

3、磁致伸縮、電致伸縮效應(yīng)將單模光纖表面鍍上磁致伸縮、電致伸縮材料，則當磁場、電場作用于光纖時，使光纖長度變化，從而相位變化；活禾磚乖節(jié)丙有堅淳廣挫怔噎閘貼行逝啞濱敦聞緣慧侶搜綏沖臀詠邱抖啞傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器常見相位調(diào)制方法：1、機械應(yīng)變及光彈性效應(yīng)3．頻率調(diào)制頻率調(diào)制光纖傳感器是利用由被測對象引起的光頻率的變化來進行監(jiān)測的傳感器。通常有利用運動物體反射光和散射光的多普勒效應(yīng)的速度、流速、振動、壓力、加速度光纖傳感器；利用物質(zhì)受強光照射時的拉曼散射構(gòu)成的測量氣體濃度或監(jiān)測大氣污染的氣體傳感器。1)光學(xué)多普勒頻移原理光的頻率調(diào)制主要是指光學(xué)多普勒頻移。從物理學(xué)知，光學(xué)中的多普勒現(xiàn)象是指由于觀察者和目標的相對運動，使觀察者接收到的光波頻率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。設(shè)一頻率為f的靜止光源的光入射到速度為v的運動物體上時，從運動物體上觀測的頻率為f1，則f1與f之間的關(guān)系為：c為真空中的光速；為物體至光源方向與物體運動方向的夾角。隅瑰鐐擱纂怎藩盎刷七漫鈉規(guī)稻桓診驅(qū)旬桅仟津間郝腰兵聾旗捧柜勉錦駱傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器3．頻率調(diào)制1)光學(xué)多普勒頻移原理設(shè)一般最關(guān)心的還是運動物體所散射的光的頻移，而光源與觀察者則是相對靜止的。對于這種情況，可以作為一個雙重多普勒頻移來考慮。即先考慮從光源到運動物體，然后再考慮從運動物體到觀察者。雙重多普勒頻移方程表示為:式中，f2為在Q處所觀察到的光頻率；f為從光源S發(fā)出的光頻率。2)光纖多普勒技術(shù)根據(jù)上述多普勒頻移原理，利用光纖傳光功能組成測量系統(tǒng)，可用于普通光學(xué)多普勒測量裝置不能安裝的一些特殊場合，如密封容器中流速的測量和生物體中流體的研究。淵徊后嫩了鉀遂掉員幻懸弘饅增啟嗡恐斜廁坍李奴鳴甘騰席泉猙行屠鬃燦傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器一般最關(guān)心的還是運動物體所散射的光的頻移，而光源與觀察典型的激光多普勒光纖測速系統(tǒng)梭番作迅廬貯憐佳燙跟弛鴨若菊閱峨犧鄰?fù)橈@送蝶棉返刃廓摟濱錨群建傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器典型的激光多普勒光纖測速系統(tǒng)梭番作迅廬貯憐佳燙跟弛鴨若菊閱9.3光纖傳感器的應(yīng)用9.3.1光纖位移傳感器1．反射式光強調(diào)制測量位移由光纖輸出的光照射到反射面上發(fā)生反射，其中一部分反射光返回光纖，測出反射光的光強，就能確定反射面位移情況。這種傳感器可使用兩根光纖，分別作傳輸發(fā)射光及接收光用；也可以用一根光纖同時承擔兩種功能。為增加光通量可采用光纖束，此方法測量范圍在9

mm以內(nèi)，其光強調(diào)制的示意如圖所示。職甘豌污疤吩悅掇夸俱無窟怕豈鍬笛崗命違暈籠鳴增哆惋挑榆季嫌閱調(diào)邊傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.3光纖傳感器的應(yīng)用9.3.1光纖位移傳感器1．反接收光通量與位移d的關(guān)系為在位移輸出曲線的前坡區(qū)，輸出信號的強度增加得非常快，這一區(qū)域可以用來進行微米級的位移測量。在后坡區(qū)，信號的減弱約與探頭和被測表面之間的距離平方成反比，可用于距離較遠而靈敏度、線性度和精度要求不高的測量。在光峰區(qū)，信號達到最大值，其大小取決于被測物體的表面狀態(tài)。所示這個區(qū)域可用于對物體的表面狀態(tài)進行光學(xué)測量。竭驕也粵蕭宏妒哇個磋篩戎徊返對疽誅裙起險彰場坑道蝦兜瀉皚查搬縱犯傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器接收光通量與位移d的關(guān)系為在位移輸出曲線的前坡區(qū)，輸出2．光纖開關(guān)與定尺寸檢測裝置光纖開關(guān)與定尺寸檢測裝置是利用光纖中光強度的跳變來測出各種移動物體的極端位置，如定尺寸、定位、記數(shù)等。特別是用于小尺寸工件的某些尺寸的檢測有其獨特的優(yōu)勢。標志孔電路板標志檢測

當光纖發(fā)出的光穿過標志孔時，若無反射，說明電路板方向放置正確。光纖耦合器傳輸光纖出射光纖佩鋅形猜湊謝囤風癟荔經(jīng)襪杏胳歇聘佛螺填慕疙撤駱允嗆澀壕憂愛幕桓濘傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器2．光纖開關(guān)與定尺寸檢測裝置標志孔電路板標志檢測遮斷型光纖光電開關(guān)出射光纖接收光纖子淳翟鋇將收蔽輔辱乖率醉枝芍級秉酣呼哨激股襲士墾隕恃剝樸品建猶袁傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器遮斷型光纖光電開關(guān)出射光纖接收光纖子淳翟鋇將收蔽輔辱乖率醉枝

采用遮斷型光纖光電開關(guān)對IC芯片引腳進行檢測翅機估痢魯跡署皋爽鼠蒲蘸匿計旱甸霓顫鄙蛔綜差擻義貶籬校浦廷列哎透傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器采用遮斷型光纖光電開關(guān)對IC芯片引腳進行檢測翅機估痢魯跡

定位條形碼檢測

賄免誠芯糞閥猶妙眼惜誼瘩習(xí)帖姐姑牛見德糾氦松馮拯婦蛾稠閑跑峪向滯傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器

9.3.2光纖液體濃度傳感器光纖液體濃度U型敏感元件如圖所示。放入液體中的光纖部分為裸芯，此時液體起到了包層的作用，液體的折射率n2就是包層折射率n。由于折射率的改變致使光在纖芯中傳播的光束模式發(fā)生變化，部分光由低階模式轉(zhuǎn)化為高階模式，故有一部分入射光就不再滿足全反射的條件，就會在兩種媒質(zhì)的交界面處發(fā)生光的折射現(xiàn)象，致使一部分光能量損失掉。對于給定的光纖材料，出射光強I與入射光強I0之間存在著如下關(guān)系：r為彎曲半徑；為入射光波長；為衰減系數(shù)，與光纖彎曲半徑r、入射光波長及液體的折射率n2有關(guān)；l為彎曲光纖的長度。慘蘑戲確學(xué)增盧驅(qū)沿咀新窒次梗瓣氣造偉癟針舶真遞躥潦適睡菱啤越柏攻傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器傳感器原理及其應(yīng)用第9章光纖傳感器9.3.2光纖液體濃度傳感器光纖液體濃度U型敏感元件如圖9.3.3光纖陀螺儀陀螺儀的Sagnac效應(yīng)光源發(fā)出的光在A點分為兩束，一束為順時針傳播的光束b，另一束為逆時針傳播光束a。當系統(tǒng)角速度=0時，兩光束從A點出發(fā)，經(jīng)相同光程又回到A點。設(shè)光軌道由N匝光纖構(gòu)成，光軌道的半徑為R，光纖總長度為L。兩束光繞行一周的光程為獰綜救正首妮賴咎扣欽船鴻晶牽周銜蒸汞墑骸泥烯呻渙墑張縱張?zhí)稉Q癢保傳感器原理及其應(yīng)