傳感技術課件

——第六章光電式傳感器本章內容6.1光纖概述6.2光纖用光源和傳輸連接器件6.3光纖傳感原理6.4光纖光柵傳感器6.5光纖傳感器的應用現(xiàn)代傳感器技術 <2/108>6.1光纖概述光纖測量技術：以光波為載體，光纖為媒質來感知和傳輸外界被測信號?，F(xiàn)代傳感器技術 <3>6.1光纖概述(1)光纖的基本結構纖芯、包層、涂敷層、護套主體----纖芯與包層現(xiàn)代傳感器技術 <4>特殊場合：沒有涂敷層和護套---裸纖6.1光纖概述光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或62.5μm）中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm）最外是加強用的樹脂涂層?，F(xiàn)代傳感器技術 <5>6.1光纖概述纖芯---石英玻璃；直徑：5~75μm；材料：二氧化硅（主體），摻雜其他微量元素---提高折射率包層---直徑：100~200μm；材料：二氧化硅（主體）---折射率略低于纖芯。涂敷層---材料：硅酮或丙烯酸鹽---隔離雜光。護套---材料:尼龍/其他有機材料---提高機械強度，保護光纖?，F(xiàn)代傳感器技術 <6>6.1光纖概述光導纖維，簡稱光纖：是一種達致光在玻璃或塑料制成的纖維中，以全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗Чぞ?。微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常光纖的一端的發(fā)射設備使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖發(fā)送至光纖；另一端的接收設備使用光敏組件檢測脈沖。包含光纖的線纜稱為光纜。在日常生活中，由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞?，F(xiàn)代傳感器技術 <7>6.1光纖概述(2)原理光纖是圓柱形的介質波導，應用全反射原理來傳導光線。光纖的結構大致分為里面的核心部分與外面的包覆部分。為了要局限光信號于核心，包覆的折射率必須小于核心的折射率。漸變光纖的折射率是緩慢改變的，從軸心到包覆，逐漸地減小；而突變光纖在核心-包覆邊界區(qū)域的折射率是急劇改變的現(xiàn)代傳感器技術 <8>6.1光纖概述折射率：可用來計算在物質里的光線速度。在真空里，及外太空，光線的傳播速度最快，大約為3億米／秒。一種物質的折射率是真空光速除以光線在這物質里傳播的速度真空折射率是1。折射率越大，光線傳播的速度越慢。通常光纖的核心的折射率是1.48，包覆的折射率是1.46。所以，光纖傳導信號的速度大約為2億米／秒。電話信號，經(jīng)過光纖傳導，從紐約到悉尼，大約12000公里距離，會有最低0.06秒時間的延遲?，F(xiàn)代傳感器技術 <9>6.1光纖概述全反射：當移動于密度較高的介質的光線，以大角度入射于核心-包覆邊界時，假若入射角（光線與邊界面的法線之間的夾角）的角度大于臨界角的角度，則這光線會被完全地反射回去。光纖就是應用這種效應來局限傳導光線于核心。在光纖內部傳播的光線會被邊界反射過來，反射過去。由于光線入射于邊界的角度必須大于臨界角的角度，只有在某一角度范圍內射入光纖的光線，才能夠通過整個光纖，不會泄漏損失。這角度范圍稱為光纖的受光錐角，是光纖的核心折射率與包覆折射率的差值的函數(shù)?，F(xiàn)代傳感器技術 <10>6.1光纖概述簡言之，光線射入光纖的角度必須小于受光角的角度，才能夠傳導于光纖核心。受光角的正弦是光纖的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑越大的光纖，越不需要精密的熔接和操作技術。單模光纖的數(shù)值孔徑比較小，需要比較精密的熔接和操作技術?，F(xiàn)代傳感器技術 <11>6.1光纖概述全反射：光密介質1→光疏介質2(n1>n2)現(xiàn)代傳感器技術 <12>θ1θ2n2n1θc→θ1<θ2

θ1↑→θ2↑臨界角：θ2=90o→θ1=θC→→θ2=90o→θ2>90o→全反射

6.1光纖概述光纖波導原理：光線射入光纖的角度必須小于受光角的角度，才能夠傳導于光纖核心?，F(xiàn)代傳感器技術 <13>光束：空氣→纖芯n1→從一端到另一端空氣→纖芯：纖芯→包層：（全反射）

空氣n0、纖芯n1、包層n2(n1>n2>n0)集光性能6.1光纖概述

(3)光纖模式光波在光纖中的傳播途徑和方式，是離散的。①單模光纖核心直徑小于傳播光波波長約十倍的光纖，不能用幾何光學理論來分析其物理性質。必須改用麥克斯韋方程組來分析，視為光學波導。只傳輸主模(長1310nm/1550nm)；傳輸頻帶寬，適于大容量，長距離通訊。優(yōu)點：信號畸變小、信息容量大、線性好、靈敏度高缺點：纖芯較小，制造、連接、耦合困難現(xiàn)代傳感器技術 <14>單模光纖內部結構：1.核心：直徑8μm2.包覆：直徑125μm3.緩沖層：直徑250μm4.外套：直徑400μm6.1光纖概述②

多模光纖核心直徑較大的光纖（大于10微米）的物理性質，可以用幾何光學的理論來分析。在工作波長（850nm/1300nm）下多個模式在光纖中傳輸；頻帶較窄，適于小容量，短距離。優(yōu)點：纖芯面積較大，制造、連接、耦合容易。缺點：性能較差?，F(xiàn)代傳感器技術 <15>6.1光纖概述單模光纖和多模光纖現(xiàn)代傳感器技術 <16>6.1光纖概述

(4)光纖分類1.按原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、復合材料（如塑料包層、液體纖芯等）、紅外材料等。2.按傳輸模式：單模光纖、多模光纖。單模光纖只傳輸一種模式，多模光纖能傳幾百至幾千種模式。3.按折射率分布：階躍型、近階躍型、漸變型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。4.按工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖。短波長光纖為0.8～0.9μm的光纖；長波長光纖為1.0～1.7μm；超長波長光纖為2μm以上。5.按制造方法：汽相軸向沉積、化學汽相沉積，拉絲法等現(xiàn)代傳感器技術 <17>塑料光纖多模光纖6.1光纖概述

(5)光纖特性1.物理特性：計算機網(wǎng)絡用兩根光纖組成傳輸系統(tǒng)。按波長分3種：0.85μm短波長區(qū)，多模光纖方式；1.3μm長波長區(qū)，多模和單模兩種方式；1.55μm長波長區(qū)，單模光纖方式。2.傳輸特性：通過內部全反射傳輸光信號，傳輸率Gb/s級，信號損耗和衰減非常小，適合長距離傳輸。3.連通性：普遍用于點到點鏈路。功率損失和衰減小，帶寬較大，支持比雙絞線或同軸電纜多的分接頭數(shù)。4.傳輸范圍：6～8km距離內不用中繼器傳輸。5.抗干擾性：不受電磁干擾及噪聲影響的獨有特征，長距離保持高數(shù)據(jù)傳輸率，很好安全性?，F(xiàn)代傳感器技術 <18>6.1光纖概述1．光纖的損耗——固有損耗和附加損耗固有損耗由光纖材料特性決定，包括散射損耗、吸收損耗和因光纖結構不完善引起的損耗。附加損耗由光纖鋪設過程中人為造成的，包括微彎損耗、彎曲損耗和接續(xù)損耗，應盡量避免的。2．光纖的色散光脈沖傳播時因各波長群速度不同產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象，與波速、波長變化有關現(xiàn)代傳感器技術 <19>6.1光纖概述色散原因：光源發(fā)出的并不是單色光；調制信號有一定的帶寬。分類：①模式色散：多模光纖中不同模式的光因傳播速度不同而引起的色散。②色度色散：光源光譜中不同波長在光纖中的群延時差所引起的光脈沖展寬現(xiàn)象。③偏振模色散：當光纖存在雙折射時，因單模光纖中存在偏振方向相互正交的兩個基模的傳輸速度不同而引起的色散。現(xiàn)代傳感器技術 <20>6.1光纖概述（7）光纖的偏振與雙折射1.單模光纖僅傳播HE11一種模式。理想情況下HE11模為垂直于光纖軸線的線偏光，可以分解為彼此獨立、互不影響的兩個正交偏振分量HEX11

和HEY11

，它們的傳播常數(shù)相等，即x=y，在傳播過程中始終保持相位相同。實際的光纖總含有一些非對稱因素，使兩個本來簡并的模式HEX11和HEY11的傳播常數(shù)出現(xiàn)異常，即x-y≠0。線偏態(tài)沿光纖不再保持不變而發(fā)生連續(xù)變化，該現(xiàn)象稱為光纖的雙折射效應?？捎脷w一化雙折射系數(shù)B或拍長表示現(xiàn)代傳感器技術 <21>

nav——單模光纖的平均折射率；av——單模光纖的平均傳播常數(shù)。通常在10cm～2m之間6.1光纖概述2.保偏/高雙折射率光纖，B值達10-4～10-3量級，相當于在毫米量級，結構如下所示。3.低雙折射率光纖，B為10-7量級以下，達100m以上的單模光纖。

結論：上述單模光纖實際存在著兩個彼此獨立的正交模態(tài)，為雙模態(tài)工作。純單模光纖時輸入任何偏振態(tài)的光都只有線偏光輸出，因此也稱起偏光纖?，F(xiàn)代傳感器技術 <22>本章內容6.1光纖概述6.2光纖用光源和傳輸連接器件6.3光纖傳感原理6.4光纖光柵傳感器6.5光纖傳感器的應用現(xiàn)代傳感器技術 <23/108>6.2光纖用光源和傳輸連接器件（1）光纖用光源要求：體積小、便于耦合頻譜特性與光纖波導的傳輸頻響特性匹配在工作波長下輸出光通量應最大特定條件下要求光源的相干性好。穩(wěn)定性好、室溫下能夠連續(xù)長期工作，信噪比高、使用方便?，F(xiàn)代傳感器技術 <24>6.2光纖用光源和傳輸連接器件分類：非相干光源a.熱光源，由于穩(wěn)定性和調制速率的限制，一般不提倡選用。b.氣體放電光源，高強度和短波長，如通過高強度短波長的光激發(fā)待測物質，使其發(fā)射熒光，可用來檢測物質的溫度、含量等。c.發(fā)光二極管，可靠性較高，光功率好等，常用在一些簡易的光纖傳感器中。現(xiàn)代傳感器技術 <25>6.2光纖用光源和傳輸連接器件相干光源——主要是各種類型的激光器a.固體激光器：激光物質為固體，輸出能量大、峰值功率高、便于光纖耦合、使用壽命長、價格適中，有一定應用，可用于測量吸收光譜。b.液體激光器：激光物質是液體，很少使用。c.氣體激光器：激光物質是氣體或金屬蒸氣。有很高的連續(xù)功率，非常適合光纖傳感。分布式光纖傳感器系統(tǒng)中，一般選用氣體特別是氬離子激光器。d.半導體激光二極管：效率高、體積小，波長范圍較寬，價格低，光纖混合傳感器中應用非常廣泛。但工作一定時間后性能將退化或變質，不適于在一些須長期使用、不便更換的光纖傳感器中。現(xiàn)代傳感器技術 <26>6.2光纖用光源和傳輸連接器件e.面發(fā)射激光器：光從垂直于半導體襯底表面的方向射出的半導體激光器。光纖結合容易、可做成密集排列的二維激光陣列，使光纖傳感進行小面積內同時多點測量及龐大的傳感器系統(tǒng)微小化得以實現(xiàn)f.光纖激光器：激光物質為稀土離子摻雜光纖。有摻稀土光纖激光器、光纖光柵激光器、非線性效應光纖激光器、單晶光纖激光器等。具有易使低泵浦連續(xù)工作；閾值低，增益高，熱效應低；可制成窄線寬、可調諧激光器；能很好與光纖耦合，進行全光纖測試，可傳輸系統(tǒng)光源等優(yōu)點。在下一代光纖傳感器中有非常好的應用前景。g.ASE光源：最常用的一種高穩(wěn)定、高功率輸出的寬帶光源，是理想光源?，F(xiàn)代傳感器技術 <27>6.2光纖用光源和傳輸連接器件現(xiàn)代傳感器技術 <28>氣體放電光源發(fā)光二極管固體激光器CO2氣體激光器6.2光纖用光源和傳輸連接器件現(xiàn)代傳感器技術 <29>面發(fā)射激光器光纖激光器ASE光源性能ASE光源6.2光纖用光源和傳輸連接器件（2）光纖無源器件為光纖傳輸系統(tǒng)提供媒介、連接及固定，包括光纖適配器、光纖活動連接器、光纖配線架、光纖衰減器、光分路器、光波分復用器、光纖光纜等。光纖連接器用于連接兩根光纖或光纜形成連續(xù)光通路，目前使用最多。由兩個配合插頭和一個耦合管組成。性能要求：①光學性能：要求插入損耗<0.5dB，回波損耗>25dB②互換性、重復性③抗拉強度：>90N。④溫度：-40℃~+70℃能夠正常使用。⑤插拔次數(shù)：可插拔l000次以上?，F(xiàn)代傳感器技術 <30>6.2光纖用光源和傳輸連接器件光纖無源器件類型現(xiàn)代傳感器技術 <31>6.2光纖用光源和傳輸連接器件2.光纖耦合器將光訊號從一條光纖中分至多條光纖中。傳送和分配光信號的無源器件。分類：依據(jù)耦合器傳送信號方式透射型MN耦合器反射型IN耦合器透反型MN耦合器現(xiàn)代傳感器技術 <32>圖6-7定向耦合器工作原理圖6-8光纖耦合器類型（a）88透射型耦合器（b）18反射型耦合器（c）28透反型耦合器6.2光纖用光源和傳輸連接器件3.光開關用于切換光路，主要考慮開關速度、開關矩陣規(guī)模、損耗、串擾、偏振敏感性、可靠性以及可擴展性等。4.波分復用器（WDM）光纖通信特有的傳輸技術，利用一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波，將光纖低損耗窗口劃分成若干個波段獨立用作一個通道傳輸一種預定波長的光信號。主要有棱鏡型、干涉模型和衍射光柵型三種，要求插入損耗在1-5dB左右；串音損耗越大越好，應大于20dB?，F(xiàn)代傳感器技術 <33>波分復用技術原理本章內容6.1光纖概述6.2光纖用光源和傳輸連接器件6.3光纖傳感原理6.4光纖光柵傳感器6.5光纖傳感器的應用現(xiàn)代傳感器技術 <34/108>6.3光纖傳感原理

光纖中傳輸?shù)墓馐鼙粶y量影響，導致光強度、相位、頻率、等發(fā)生變化。通過監(jiān)測光的這些變化量獲得被測量，有強度調制、相位調制、頻率調制、波長調制等不同的工作原理?，F(xiàn)代傳感器技術 <35>光纖傳感器開關薄型?模擬光纖傳感器6.3光纖傳感原理1.光纖傳感器的分類(1)功能型光纖傳感器光纖是連續(xù)的，不僅起傳光作用，還利用光纖在外界因素作用下，其光學特性變化實現(xiàn)“傳”和“感”的功能。(2)非功能型（或傳光型）光纖傳感器光纖僅起導光作用，只“傳”不“感”，光纖不連續(xù)。較容易實現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低。(3)拾光型光纖傳感器光纖作為探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光。如光纖激光多普勒速度計、輻射式光纖溫度傳感器等?，F(xiàn)代傳感器技術 <36>6.3光纖傳感原理光纖傳感優(yōu)點：靈敏度高、耐腐蝕、電絕緣好、防爆性、光路可彎曲、寬頻帶、結構簡單、體積小、重量輕、抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境、傳輸距離遠、便于復用、成網(wǎng)。現(xiàn)代傳感器技術 <37>光纖傳感器原理6.3光纖傳感原理2光纖中的光波調制技術強度調制型、偏振調制、頻率調制、相位調制。a.強度調制。最常用的調制方法，結構簡單、容易實現(xiàn)，但受光源強度的波動和連接器損耗變化的影響大。b.相位調制。光纖中光相位發(fā)生變化現(xiàn)代傳感器技術 <38>強度調制原理相位檢測原理6.3光纖傳感原理c.頻率調制。通過傳感元件，光纖中光頻率發(fā)生相應變化。如利用多普勒效應的光纖速度、流速計等；利用喇曼散射構成的氣體傳感器；利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。現(xiàn)代傳感器技術 <39>光纖多普勒探頭6.3光纖傳感原理d.波長調制。利用被測量改變光纖中光波長，檢測光波長變化得出各被測量。光強與溫度的關系如右下圖，波長為650nm時，光強隨溫度變化最靈敏，800nm時，光強與溫度無關，因此用這兩個波長進行檢測就能確定溫度。優(yōu)缺點：對光纖或連接器的穩(wěn)定性不敏感，可采用光學濾波或雙波長檢測技術，簡化解調技術?，F(xiàn)代傳感器技術 <40>波長調制原理光強與溫度關系曲線6.3光纖傳感原理e.時分調制。外界物理量通過不同傳感元件，使光纖中光的基帶頻譜延遲時間及幅度發(fā)生相應變化的過程。不僅能測量外界物理量隨時間的變化，同時也能測量其的空間分布，是分布式傳感器基礎。現(xiàn)代傳感器技術 <41>時分調制原理6.3光纖傳感原理

f.偏振態(tài)調制。利用光偏振態(tài)變化，如法拉第效應做成的電流傳感器；泡爾效應做成的電壓傳感器；光彈效應構成的壓力、振動或聲傳感器；及光纖雙折射性構成溫度、壓力、振動等傳感器?？杀苊夤庠磸姸茸兓挠鞍?，靈敏度高?，F(xiàn)代傳感器技術 <42>偏振態(tài)檢測系統(tǒng)本章內容6.1光纖概述6.2光纖用光源和傳輸連接器件6.3光纖傳感原理6.4光纖光柵傳感器6.5光纖傳感器的應用現(xiàn)代傳感器技術 <43/108>6.4光纖光柵傳感器利用光纖材料的光敏性，在單模光纖的纖芯內形成空間相位光柵。體積小、波長選擇性好、不受非線性效應影響、可與其他光纖器件融成一體，制作工藝成熟，易于形成規(guī)模生產(chǎn)，可組成多種新型光電子器件，具有廣闊的應用前景?，F(xiàn)代傳感器技術 <44>橋梁狀態(tài)監(jiān)測石化安全監(jiān)測6.4光纖光柵傳感器1.1光纖光柵的分類按其空間周期和折射率系數(shù)分布特性可分為：①均勻周期光纖布喇格光柵。最早也是應用最廣的一種光柵，在光纖激光器、光纖傳感器、光纖波分復用/解復用等領域有重要應用價值。②啁啾光柵。柵格間距不等，做色散補償和光纖放大器的增益平坦。③長周期光柵。柵格周期遠大于一般的光纖光柵，EDFA的增益平坦和光纖傳感。④閃耀光柵。當折射率的空間分布與光纖軸有一個小角度，形成閃耀光柵。⑤相移光柵。是兩個光柵的不連續(xù)連接，能夠在周期性光柵光譜阻帶內打開一個透射窗口，使得光柵對某一波長有更高的選擇度?，F(xiàn)代傳感器技術 <45>6.4光纖光柵傳感器目前光纖光柵的應用主要集中在光纖通信領域和光纖傳感器領域。現(xiàn)代傳感器技術 <46>光纖光柵傳感器光纖光柵通信6.4光纖光柵傳感器

1.2光纖光柵的光學特性

光纖光柵縱向折射率的變化將引起不同光波模式間的耦合，在一根單模光纖中，纖芯中的入射基模既可以被耦合成后向傳輸模式，也可以被耦合成前向包層模式，決定條件由β1－β2＝2π/Λ表述。

Λ為光柵周期；β1和β2分別為模式1、2的傳播常數(shù)。當一個前向傳輸?shù)幕１获詈铣珊笙騻鬏數(shù)幕r，滿足下列條件：2π/Λ＝β1－β2＝β01－(－β01)＝2β01

β01為單模光纖中傳輸模式的傳播常數(shù)?，F(xiàn)代傳感器技術 <47>6.4光纖光柵傳感器光纖光柵的反射或透射峰的波長與光柵的折射率調制周期及纖芯折射率有關，會引起光纖光柵的反射或透射峰波長的變化。由λB=2nΛ，n為芯模有效折射率，Λ為光柵周期。當光纖光柵所處環(huán)境的物理量發(fā)生變化，光柵的周期或纖芯折射率將發(fā)生變化，從而使反射光的波長發(fā)生變化，得出被測量?，F(xiàn)代傳感器技術 <48>6.4光纖光柵傳感器（1）啁啾光纖光柵傳感器工作原理優(yōu)異的色散補償能力而應用在高比特遠程通信系統(tǒng)中。與在外界物理量的作用下除了△λB的變化外，還會引起光譜的展寬，在應變和溫度均存在的場合非常有用。（2）長周期光纖光柵傳感器工作原理一般有數(shù)百微米，在特定的波長上把纖芯的光耦合進包層λi=(n0-niclad)·Λn0為纖芯的折射率niclad為i階軸對稱包層模的有效折射率。通過檢測△λi，獲得外界物理量變化的信息，適用于多參數(shù)傳感器?，F(xiàn)代傳感器技術 <49>6.4光纖光柵傳感器

1.4光纖光柵傳感器的特點（1）可靠性好、抗干擾能力強。用波長編碼，不受光源功率波動以及光纖彎曲等影響，有非常好的可靠性和穩(wěn)定性。（2）傳感頭結構簡單、尺寸小，適于各種應用場合（3）抗電磁干擾、抗腐蝕、能在惡劣的化學環(huán)境下工作（4）可復用性強，采用多個光纖光柵傳感器，可構成分布式光纖傳感網(wǎng)絡。

1.5光纖光柵傳感器的光源傳感量是對波長編碼，光源必須有較寬的帶寬和較強的輸出功率與穩(wěn)定性，常用ASE寬帶光源?，F(xiàn)代傳感器技術 <50>6.4光纖光柵傳感器2.1光纖光柵耦合模理論光纖芯區(qū)折射率周期變化造成光纖波導條件的改變，一定波長的光波發(fā)生相應的模式耦合。對整個光纖曝光區(qū)域，下式為折射率分布較為一般的描述：a1光纖纖芯半徑；a2光纖包層半徑；n1纖芯初始折射率；n2包層折射率；(r，，z)光致折射率變化函數(shù)現(xiàn)代傳感器技術 <51>光纖光柵折射率分布6.4光纖光柵傳感器2.2光纖光柵傳感探測解調技術解調實質是一個信息轉換和傳遞的檢測系統(tǒng)，有強度解調、相位解調、頻率解調、偏振解調和波長解調等。如（1）匹配光柵檢測法：消除了雙折射所引起的隨機噪聲，對最終檢測的反射光強無絕對要求。但系統(tǒng)光損耗較大；檢測靈敏度由PZT的位移靈敏度決定，會影響輸出結果；只適于測量靜態(tài)或低頻變化的物理量?，F(xiàn)代傳感器技術 <52>可調諧光纖Bragg光柵濾波器檢測單個傳感光柵的跟蹤模式透射匹配光柵檢測傳感光柵的原理6.4光纖光柵傳感器（2）波分復用(WDM)光纖耦合器解調法現(xiàn)代傳感器技術 <53>應用波分復用耦合器解調波長信息的傳感系統(tǒng)原理圖波分復用耦合器傳輸曲線6.4光纖光柵傳感器（3）非平衡Mach—Zehnder干涉解調法FBG探頭部分的擾動產(chǎn)生的波長移動類似于一個經(jīng)過波長(光學頻率)調制的光源，非平衡干涉儀表現(xiàn)為一個傳輸特性為余弦平方函數(shù)的光濾波器該裝置帶寬、高解析度，但局限于測量動態(tài)應變，不適于絕對應變的測量，且測量范圍非常有限，會出現(xiàn)絕對波長測量的損耗?，F(xiàn)代傳感器技術 <54>應用非平衡Mach—Zehnder干涉解調的FBG傳感系統(tǒng)6.4光纖光柵傳感器（4）斜光纖光柵(TFBG)解調法應用了斜光柵的能將特定波長的光從包層導出原理。其折射率變化的分界面和光纖橫截面具有一定的角度，可以有效地將光纖纖芯中特定波長的導波模耦合到光纖包層成為導波?；蚰嫦驅Р?，或者耦合到外界環(huán)境成為輻射?，F(xiàn)代傳感器技術 <55>采用光電探測器陣列的FBG信號解調裝置6.4光纖光柵傳感器（5）基于波長選擇性探測器的解調法波長選擇性探測器能同時鑒別波長和進行光學探測，因此，可以將波長選擇性探測器用于FBG信號的解調?，F(xiàn)代傳感器技術 <56>基于波長選擇性探測器的解調法用于溫度測量6.4光纖光柵傳感器2.3長周期光纖光柵（LPFG）指柵格周期大于100m的光纖光柵。能將光纖中傳播的特定波長的光波耦合到包層中損耗掉。（1）耦合特性長周期光纖光柵滿足導波模與包層模、輻射?；蚱渌麑РＶg的Bragg相位匹配條件，可表示為

在寬帶光源入射時，耦合波長為中心的多個吸收峰?？傻民詈戏逯行牟ㄩL公式：現(xiàn)代傳感器技術 <57>長周期光纖光柵的折射率調制原理及其傳輸譜更寬波長范圍內LPFG的傳輸譜6.4光纖光柵傳感器（2）長周期光纖光柵的折射率傳感機理以耦合諧振峰中心波長隨外界參數(shù)變化而移動為基礎的。外界條件如環(huán)境溫度、應力、等的改變可能引起纖芯和包層折射率及纖芯和包層半徑的變化，導致導模和包層模之間耦合的相位匹配波長及耦合系數(shù)改變，最終表現(xiàn)為光柵吸收峰中心波長和強度的變化。（3）長周期光纖光柵傳感器的特性長周期光纖光柵的溫度和應變靈敏度不僅與纖芯的參數(shù)有關，還與包層的參數(shù)有關。a.合適的包層參數(shù)，可制成對溫度或應變不敏感的長周期光纖光柵傳感器，從物理層解決溫度和應變的交叉敏感問題。b.對不同的包層模，其有效折射率不同，因而溫度和應變靈敏度也不同。故可通過監(jiān)測兩個不同包層模的吸收波長的移位，在一個長周期光纖光柵傳感器上實現(xiàn)溫度和應變的同時測量?，F(xiàn)代傳感器技術 <58>6.4光纖光柵傳感器（4）長周期光纖光柵傳感應用透射型光纖光柵，無后向反射，在傳感測量系統(tǒng)中不需隔離器，測量精度較高。其諧振波長和峰值對外界環(huán)境的變化非常敏感，具有更好的溫度、應變、彎曲、濃度和折射率靈敏度等，在傳感領域應用非常廣泛。a.溫度、應變、扭曲等單參數(shù)測量長周期光纖光柵諧振波長隨溫度變化線性漂移，高溫段溫度靈敏度遠遠高于低溫段，中間有明顯的過渡段，適于制作高溫(1000度)下溫度傳感器。b.多參數(shù)測量利用多個損耗峰特性，由于不同衍射級次的包層模具有不同的溫度敏感性，可實現(xiàn)多參數(shù)的同時測量。解決長周期光纖光柵測量過程中的交叉敏感問題尤其重要現(xiàn)代傳感器技術 <59>本章內容6.1光纖概述6.2光纖用光源和傳輸連接器件6.3光纖傳感原理6.4光纖光柵傳感器6.5光纖傳感器的應用現(xiàn)代傳感器技術 <60/108>6.5光纖傳感器的應用(1)光纖位移傳感器現(xiàn)代傳感器技術 <61>測量范圍:100m,標準分辨力0.05m,精度最高0.1m6.5光纖傳感器的應用光纖壓力-位移傳感器現(xiàn)代傳感器技術 <62>距離1～2m;d=50m時,位移變化1m,光強變化20%6.5光纖傳感器的應用基于光彈效應的光纖位移傳感器現(xiàn)代傳感器技術 <63>信號光源壓縮盤入射光纖光電探測器接收光纖起偏器檢偏器光彈材料位移量引起的壓力6.5光纖傳感器的應用相位調制型光纖位移傳感器現(xiàn)代傳感器技術 <64>幾種光纖干涉儀6.5光纖傳感器的應用光纖水聽器現(xiàn)代傳感器技術 <65>光柵間距10m6.5光纖傳感器的應用微彎強度調制型光纖位移傳感器現(xiàn)代傳感器技術 <66>微彎