第八章--光纤传感器学习教案

1、会计学1第八章第八章-光纤传感器光纤传感器第一页，共202页。第1页/共202页第二页，共202页。第2页/共202页第三页，共202页。第3页/共202页第四页，共202页。第4页/共202页第五页，共202页。第5页/共202页第六页，共202页。套。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质，光纤的机械强度(qingd)由塑料保护外套来保证。第6页/共202页第七页，共202页。100200 m包层纤芯 涂敷层尼龙外层外层直径 1mm第7页/共202页第八页，共202页。第8页/共202页第九页，共202页。传播理论，将光看作是射线就不够了，必须借助波动理论。即要考虑到光是电磁波动现象以及光纤

2、是圆柱形介质波导等，才能研究光在圆柱波导中允许存在的传播模式，并导出经常要提到(t do)的波导参数(V值)等概念。第9页/共202页第十页，共202页。在光纤内经若干次全反射而向前传播，并以光速从光纤的一端(ydun)传播到另一端(ydun)，这就是光纤传光的基本原理。第10页/共202页第十一页，共202页。) 1 . 8(sinsin1001nn则则 )2 . 8(cossinsin111100nnn 若要使入射光线在纤芯和包层的界面上发生(fshng)全反射，由临界角定义，应满足)3 . 8(/sin121nn第11页/共202页第十二页，共202页。)5 . 8(1 sin22210

3、0nnn- 那么那么(n me)，能使光线在光纤内全反射的最大入射，能使光线在光纤内全反射的最大入射角角qC可由式可由式(8.5)求得，即求得，即 )6 . 8(1sin22210CNAn-nn 式中，式中，NA为光纤的数值孔径，它表示当入射光从为光纤的数值孔径，它表示当入射光从折射率为折射率为n0的外部介质射入光纤时，只有的外部介质射入光纤时，只有(zhyu)入射入射角小于角小于qC的光才能在光纤中传播。的光才能在光纤中传播。第12页/共202页第十三页，共202页。第13页/共202页第十四页，共202页。第14页/共202页第十五页，共202页。第15页/共202页第十六页，共202页。

4、第16页/共202页第十七页，共202页。第17页/共202页第十八页，共202页。)7 . 8(2NAr)8 . 8()(4/)(2/22梯度型阶跃型N 值小于2.41的光纤，纤芯很细（5mm10mm），仅能传输基模（截止波长最长的模式），故称为单模光纤。 值大的光纤传输的模数多，称为多模光纤。通常纤芯直径(zhjg)较粗(几十mm以上)，能传输几百个以上的模。第18页/共202页第十九页，共202页。但单模光纤由于纤芯太小、制造、连接和耦合都很困难。第19页/共202页第二十页，共202页。第20页/共202页第二十一页，共202页。)dB/km()/lg(1001LIIA 式中，式中，L

5、为光纤长度，为光纤长度，I0为输入为输入(shr)端光强，端光强，I1为为输出输出端光强。端光强。第21页/共202页第二十二页，共202页。第22页/共202页第二十三页，共202页。类型类型折射率折射率分布分布纤芯直径纤芯直径/ /m mm包层直径包层直径/ /mm数值孔数值孔径径单模单模2 8801250.100.15多模阶跃光多模阶跃光纤纤（玻璃）（玻璃）80 2001002500.10.3多模多模阶跃光阶跃光纤纤( (玻璃玻璃/ /塑料塑料) )200100023012500.180.50多模多模梯度光梯度光纤纤501001251500.1 0.2第23页/共202页第二十四页，共2

6、02页。第24页/共202页第二十五页，共202页。第25页/共202页第二十六页，共202页。第26页/共202页第二十七页，共202页。第27页/共202页第二十八页，共202页。第28页/共202页第二十九页，共202页。普勒速度传感器和光纤辐射温度传感器等。第29页/共202页第三十页，共202页。光纤敏感元件光源光源光纤光电元件光电元件测量对象测量对象(a) 功能型 光纤光纤敏感元件光源光电元件光电元件测量对象测量对象(c) 非功能型光纤敏感元件光源光源光纤光电元件光电元件测量对象测量对象光纤光纤敏感元件光源光电元件光电元件测量对象测量对象 (b) 非功能型 (d) 探针(tn zh

7、n)型第30页/共202页第三十一页，共202页。第31页/共202页第三十二页，共202页。第32页/共202页第三十三页，共202页。第33页/共202页第三十四页，共202页。第34页/共202页第三十五页，共202页。同 理 ， 可 以 利 用 其 他(qt)各种对光强的调制方式，如光纤位移、光栅、反射式、微弯、模斑、斑图、辐射等来调制入射光，从而形成相应的调制器。第35页/共202页第三十六页，共202页。电池。1.微弯损耗光强调制根据模态理论，当光纤受力微弯时，一部分纤芯模式能量(nngling)会转化为包层模式能量(nngling)，通过测量包层模式能量(nngling)或纤芯模

8、式能量(nngling)的变化就能测出被测量。第36页/共202页第三十七页，共202页。第37页/共202页第三十八页，共202页。)9 . 8(/221L 时，纤芯传输时，纤芯传输(chun sh)模与包层传输模与包层传输(chun sh)模之间模之间的耦合最强。的耦合最强。 在梯度光纤中在梯度光纤中)10. 8(/2r 在阶跃光纤中在阶跃光纤中 )11. 8(/2r)0(2/)()0(222nrnn 式中式中 n(0)、n(r)距离光纤轴为距离光纤轴为0和和r处的折射率；处的折射率； r纤芯半径。纤芯半径。第38页/共202页第三十九页，共202页。第39页/共202页第四十页，共202

9、页。202SdcT 式中，式中，S0为光纤中的光斑尺寸；为光纤中的光斑尺寸；T和和d的关系的关系为高斯型曲线为高斯型曲线(qxin)。这种调制方法可以测量。这种调制方法可以测量10mm以内的位移量。以内的位移量。第40页/共202页第四十一页，共202页。第41页/共202页第四十二页，共202页。第42页/共202页第四十三页，共202页。S光源(gungyun)，D探测器第43页/共202页第四十四页，共202页。SSDDSSDDDD横向(hn xin) 纵向角度(jiod) 差动 S光源(gungyun) D探测器第44页/共202页第四十五页，共202页。光源光纤辐射计射线探测器第45

10、页/共202页第四十六页，共202页。化、利用磷光和荧光光谱的变化、利用黑体辐射、利用滤光器参数的变化和利用位移进行波长调制。第46页/共202页第四十七页，共202页。第47页/共202页第四十八页，共202页。入射光棱镜红光蓝光SDSD衍射板(a) 位移 (b) 光栅(gungshn)旋转(c) 衍射(ynsh)板位移第48页/共202页第四十九页，共202页。第49页/共202页第五十页，共202页。)12. 8(/200nLKLnj)13. 8()(0LnnLKj式中式中 K0光在真空光在真空(zhnkng)中的传播常数；中的传播常数； n纤芯折射率。纤芯折射率。 由此，纤芯折射率由此

11、，纤芯折射率n变化和光纤长度变化和光纤长度L变化导致的变化导致的光相位变化即光相位变化即第50页/共202页第五十一页，共202页。相位的变化。若将光纤放在变化的温度场中，由于温度应变效应，引起光纤的折射率和几何长度的变化也会引起相位变化。第51页/共202页第五十二页，共202页。第52页/共202页第五十三页，共202页。第53页/共202页第五十四页，共202页。第54页/共202页第五十五页，共202页。120mm的径向极化的径向极化P V D F 外 套 ， 在 很 宽 的 频 率 范 围外 套 ， 在 很 宽 的 频 率 范 围(30kHz2.5MHz)有平坦的频率响应，相位调制系

12、数为有平坦的频率响应，相位调制系数为0.01rad/(Vcm)。第55页/共202页第五十六页，共202页。第56页/共202页第五十七页，共202页。每当活动平面镜移动1/2光波长的距离(jl)时，检测器的输出就从最大值变到最小值，然后再变回最大值。第57页/共202页第五十八页，共202页。第58页/共202页第五十九页，共202页。光器，这就避免了光器，这就避免了反馈光使激光器不稳定和产生反馈光使激光器不稳定和产生噪声。噪声。第59页/共202页第六十页，共202页。一部分光又返回到激光器。第60页/共202页第六十一页，共202页。第61页/共202页第六十二页，共202页。4ALc

13、式中，式中，A为光路系统为光路系统(xtng)围成的面积，围成的面积，c为光速，为光速，w为光路系统为光路系统(xtng)旋转的角速度。旋转的角速度。 若由光检测器测得若由光检测器测得DL，则可由上式求得干涉仪的台子，则可由上式求得干涉仪的台子相对于惯性空间的转动角速度。可见，萨格奈克干涉仪可相对于惯性空间的转动角速度。可见，萨格奈克干涉仪可用作灵敏的旋转检测器。用作灵敏的旋转检测器。 从原理上讲，它是目前许多惯性导航系统从原理上讲，它是目前许多惯性导航系统(xtng)所所用的环形激光陀螺和光线陀螺的设计基础。用的环形激光陀螺和光线陀螺的设计基础。第62页/共202页第六十三页，共202页。第

14、63页/共202页第六十四页，共202页。第64页/共202页第六十五页，共202页。22220)1 (4,2sin111RRFFRTII其中第65页/共202页第六十六页，共202页。2minmax)11(RRII 反射率越大，干涉光强变化越明显，分辨率越高反射率越大，干涉光强变化越明显，分辨率越高。法布里。法布里-珀罗干涉仪是一种极灵敏的位置和长度珀罗干涉仪是一种极灵敏的位置和长度(chngd)测量装置。测量装置。 事实上，它是能用于现代科学的最灵敏的位移测量事实上，它是能用于现代科学的最灵敏的位移测量装置之一。装置之一。第66页/共202页第六十七页，共202页。第67页/共202页第六

15、十八页，共202页。测量光路参考光路输出P1P2LDL激光器；P1分束器；P2耦合器；D检测器第68页/共202页第六十九页，共202页。激光器光检测器换能器分束器固定平面镜移动平面镜激光器光探测器激光器信号处理器3 dB耦合器反射的光纤端面换能器(a)(b)第69页/共202页第七十页，共202页。激光器分束器移动平面镜换能器光检测器分束器固定平面镜激光器光探测器激光器信号处理器3 dB 耦合器反射的光纤端面换 能 器(a)(b)第70页/共202页第七十一页，共202页。激光器光检测器平面镜平面镜激光器光探测器激光器光探测器(c)(d)部分透射反射镜第71页/共202页第七十二页，共202

16、页。激光器光检测器换能器固定平面镜移动平面镜激光器光探测器激光器光探测器(c)(d)部分透射反射镜第72页/共202页第七十三页，共202页。如图所示，S为单色光源，P为运动物体，Q是观察者所处的位置。第73页/共202页第七十四页，共202页。)14. 8 (cos1 )(1121ccff/第74页/共202页第七十五页，共202页。)15. 8(cos1 )(12212ccff/考虑考虑(kol)到到u c，则可把双重多普勒频移方程表示为，则可把双重多普勒频移方程表示为)16. 8()cos(cos1 212cff/ 测得测得f2，即可求出物体的运动速度。，即可求出物体的运动速度。第75页

17、/共202页第七十六页，共202页。第76页/共202页第七十七页，共202页。SPQv21第77页/共202页第七十八页，共202页。第78页/共202页第七十九页，共202页。根据电磁场理论，光波是一种横波；光振动的电场矢量 E 和磁场矢量 H 始终与传播方向垂直。第79页/共202页第八十页，共202页。第80页/共202页第八十一页，共202页。第81页/共202页第八十二页，共202页。)17. 8(dLHV式中，式中，Vd为物质为物质(wzh)的费尔德常数。的费尔德常数。第82页/共202页第八十三页，共202页。)18.8(dNVI 由于光纤材料的费尔德常数非常由于光纤材料的费尔

18、德常数非常(fichng)小小(0 0.0161/A)，故用此法测量的电流值可达几十到几十万安。故用此法测量的电流值可达几十到几十万安。第83页/共202页第八十四页，共202页。)19.8()(22dVLK 式中，L为光通过各向同性物质的长度；d为两极(lingj)间的距离；V为外加电压；K为克尔常数。 利用克尔电光效应可构成光纤电压传感器。 第84页/共202页第八十五页，共202页。第85页/共202页第八十六页，共202页。第86页/共202页第八十七页，共202页。第87页/共202页第八十八页，共202页。入射光压电晶体电极正常光异常光VP电极第88页/共202页第八十九页，共20

19、2页。第89页/共202页第九十页，共202页。第90页/共202页第九十一页，共202页。第91页/共202页第九十二页，共202页。第92页/共202页第九十三页，共202页。例例8-1 光纤温度开关光纤温度开关图图8-1 8-1 水银柱式光纤温度开关水银柱式光纤温度开关1 1 浸液；浸液；2 2 自聚焦透镜自聚焦透镜(tujng)(tujng)；3 3 光纤；光纤；4 4 水银水银第93页/共202页第九十四页，共202页。图图8-2 8-2 热双金属式光纤温度开关热双金属式光纤温度开关1 1 遮光板；遮光板； 2 2 双金属片双金属片接收接收光源光源当温度升高时，双金属片的变形量增大，

20、带动当温度升高时，双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直遮光板在垂直(chuzh)方向产生位移从而使输方向产生位移从而使输出光强发生变化。出光强发生变化。 第94页/共202页第九十五页，共202页。半导体的吸收光谱与材料半导体的吸收光谱与材料(cilio)的的Eg有关有关，而，而Eg却随温度的不同而不同。却随温度的不同而不同。Eg与温度与温度t的关系可表示为：的关系可表示为：( )( )ttEgtEg20半导体材料的半导体材料的Eg随温度的上升而减小，亦即随温度的上升而减小，亦即其本征吸收其本征吸收(xshu)波长波长g随温度的上升而增随温度的上升而增大。大。 第95页/共202页第九十六页

21、，共202页。这个性质反映在半导体的透光性上则表现为：这个性质反映在半导体的透光性上则表现为：当温度升高时，其透射率曲线将向长波方向移当温度升高时，其透射率曲线将向长波方向移动。若采用发射光谱与半导体的动。若采用发射光谱与半导体的g（t）相匹）相匹配的发光二极管作为光源配的发光二极管作为光源(gungyun)，则透，则透射光强度将随射光强度将随着温度的升高而着温度的升高而减小，即通过检减小，即通过检测透射光的强度测透射光的强度或透射率，即可或透射率，即可检测温度变化。检测温度变化。LED发光光谱发光光谱半导体透射率半导体透射率图图8-3 半导体透射测量半导体透射测量(cling)原原理理第96

22、页/共202页第九十七页，共202页。利用半导体的吸收特性制作的光纤温度传感器的利用半导体的吸收特性制作的光纤温度传感器的单端式探头结构如图。光纤中的入射光线经探头单端式探头结构如图。光纤中的入射光线经探头顶部的反射膜反射后返回顶部的反射膜反射后返回(fnhu)，在光路中放，在光路中放入对温度敏感的半导体薄片对光进行吸收，则出入对温度敏感的半导体薄片对光进行吸收，则出射光强将随温度的变化而变化。射光强将随温度的变化而变化。第97页/共202页第九十八页，共202页。Y形光纤束的膜片反射形光纤束的膜片反射(fnsh)型光纤压力传型光纤压力传感器如图。在感器如图。在Y形光纤束前端放置一感压膜片形光

23、纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。距离发生变化，从而使输出光强受到调制。 第98页/共202页第九十九页，共202页。光纤被夹在一对锯光纤被夹在一对锯齿板中间，当光纤齿板中间，当光纤不受力时，光线从不受力时，光线从光纤中穿过，没有光纤中穿过，没有能量能量(nngling)损失。当锯齿损失。当锯齿板受外力作用而产板受外力作用而产生位移时，光纤则发生许多微弯，这时在纤芯生位移时，光纤则发生许多微弯，这时在纤芯中传输的光在微弯处有部分散射到包层中中传输的光在微弯处有部分散射到包层中. 第99页/共2

24、02页第一百页，共202页。原来光束以大于临界角原来光束以大于临界角C的角度的角度1在纤芯内传输在纤芯内传输为全反射；但在微弯处为全反射；但在微弯处21，一部分光将逸出，一部分光将逸出，散射入包层中。当受力增加时，光纤微弯的程，散射入包层中。当受力增加时，光纤微弯的程度也增大，泄漏到包层的散射光随之增加，纤芯度也增大，泄漏到包层的散射光随之增加，纤芯输出的光强度相应减小。因此，通过检测输出的光强度相应减小。因此，通过检测(jin c)纤芯或包层的光功率，就能测得引起微弯的纤芯或包层的光功率，就能测得引起微弯的压压力、声压，或检测力、声压，或检测(jin c)由压力引起的位移由压力引起的位移等物

25、理量。等物理量。第100页/共202页第一百零一页，共202页。图图9-17 9-17 光弹性光弹性(tnxng)(tnxng)式光纤压力传感器式光纤压力传感器1 1、7 7 起偏器；起偏器；2 2、8 1/48 1/4波长板；波长板；3 3、9 9 光弹性光弹性(tnxng)(tnxng)元件；元件；4 4、10 10 检偏器；检偏器；5 5 光纤；光纤；6 6 自聚焦自聚焦透镜透镜第101页/共202页第一百零二页，共202页。从光源发出的光经起偏器后成为直线偏振光。当从光源发出的光经起偏器后成为直线偏振光。当有与入射光偏振方向呈有与入射光偏振方向呈45的压力作用于晶体时的压力作用于晶体时

26、，使晶体呈双折射从而使出射光成为椭圆偏振光，使晶体呈双折射从而使出射光成为椭圆偏振光，由检偏器检测出与由检偏器检测出与入射光偏振方向相入射光偏振方向相垂直垂直(chuzh)方向上的光强方向上的光强，即可测出压力的，即可测出压力的变化。其中变化。其中1/4波长波长板用于提供一偏置，使系统获得最大灵敏度。板用于提供一偏置，使系统获得最大灵敏度。 第102页/共202页第一百零三页，共202页。例例9-7 球面球面(qimin)光纤液位传感器光纤液位传感器 图图9-19 9-19 球面球面(qimin)(qimin)光纤液光纤液位传感器位传感器将光纤用高温火焰烧软后对折，并将端部烧将光纤用高温火焰烧

27、软后对折，并将端部烧结成球形。结成球形。第103页/共202页第一百零四页，共202页。光由光纤的一端导入光由光纤的一端导入,在球状对折端部一部在球状对折端部一部分光透射出去分光透射出去,另一部分光反射回来另一部分光反射回来,由光纤由光纤的另一端导向探测器。反射光强的大小取决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。被测介质的折射率与于被测介质的折射率。被测介质的折射率与光纤折射率越光纤折射率越接近接近,反射光强度越反射光强度越小。显然小。显然,传感器处传感器处于空气于空气(kngq)中时比处于中时比处于液体中时的反射光液体中时的反射光强要大。强要大。 第104页/共202页第

28、一百零五页，共202页。光纤的光强减小。当传感器接触光纤的光强减小。当传感器接触(jich)液面液面时，将引起反射回另一根时，将引起反射回另一根第105页/共202页第一百零六页，共202页。图图9-21 9-21 单光纤液位传感器结构单光纤液位传感器结构(jigu)(jigu)1 1 光纤；光纤；2 2 耦合器耦合器第106页/共202页第一百零七页，共202页。当光纤处于空气中时，入射光的大部分能在端当光纤处于空气中时，入射光的大部分能在端部满足全反射条件而返回光纤。当传感器接触部满足全反射条件而返回光纤。当传感器接触液体液体(yt)时，由于液体时，由于液体(yt)的折射率比空气的折射率比

29、空气大，使一部分光不能满足全反射条件而折射入大，使一部分光不能满足全反射条件而折射入液体液体(yt)中，返回光纤的光强就减小。利用中，返回光纤的光强就减小。利用X形耦合器即可构成具有两个探头的液位报警传形耦合器即可构成具有两个探头的液位报警传感器。若在不同的高度安装多个探头，则能连感器。若在不同的高度安装多个探头，则能连续监视液位的变化。续监视液位的变化。 第107页/共202页第一百零八页，共202页。为了防止当探头离开液体时，由于有液滴附为了防止当探头离开液体时，由于有液滴附着在探头上，传感器不能立即响应，可作一着在探头上，传感器不能立即响应，可作一些改变。将光纤端部的尖顶略微磨平，并镀些

30、改变。将光纤端部的尖顶略微磨平，并镀上反射膜。这样，即使有液体附着在顶部，上反射膜。这样，即使有液体附着在顶部，也不影响输出跳变。也不影响输出跳变。另外另外(ln wi)可在顶部镀的反可在顶部镀的反射膜外粘上一突出物射膜外粘上一突出物，将附着的液体导引，将附着的液体导引向突出物的下端。可向突出物的下端。可保证探头在离开液位时也能快速地响应。保证探头在离开液位时也能快速地响应。 第108页/共202页第一百零九页，共202页。第109页/共202页第一百一十页，共202页。第110页/共202页第一百一十一页，共202页。因此，通过因此，通过(tnggu)检测物体的振动频检测物体的振动频率便可测

31、出流体的流速，由上式可知，流率便可测出流体的流速，由上式可知，流体的流速与涡流频率呈线性关系。光纤涡体的流速与涡流频率呈线性关系。光纤涡街流量计便是根据这个原理制成的，街流量计便是根据这个原理制成的， dSvf 在横贯流体管道的中间装有一根绷紧的多模在横贯流体管道的中间装有一根绷紧的多模光纤，当液体或气体流经与其垂直的光纤时光纤，当液体或气体流经与其垂直的光纤时,光纤受到流体涡流的作用而振动光纤受到流体涡流的作用而振动(zhndng),其振动其振动(zhndng)频率近似与频率近似与流速成正比。流速成正比。第111页/共202页第一百一十二页，共202页。第112页/共202页第一百一十三页，

32、共202页。由激光光源由激光光源( (氢氢- -氦激光氦激光) )发出的光发出的光( (频率为频率为fi)fi)导导入光导纤维，经过分光镜后，光线通过光纤射入光导纤维，经过分光镜后，光线通过光纤射向振动物体，由于振动物体向振动物体，由于振动物体 ( (被测体被测体) )振动，产振动，产生散射生散射( (频率为频率为fs)fs)，被测物体的运动，被测物体的运动(yndng)(yndng)速度与多普勒频率之间的关系为速度与多普勒频率之间的关系为式中式中fi fi为入射光频率为入射光频率(pnl)(pnl)，fsfs为散射光频率为散射光频率(pnl)(pnl)； n n为发生散射介质的折射率；为发生

33、散射介质的折射率； 为入射光在空气中的波长；为入射光在空气中的波长； 为被测物体的运动速度。为被测物体的运动速度。第113页/共202页第一百一十四页，共202页。第114页/共202页第一百一十五页，共202页。第115页/共202页第一百一十六页，共202页。源的光，不同的是测量光纤上多了敏感材料，其余条件相同。由于采用了参考光纤和除法器，消除(xioch)了一定程度的外界干扰，提高了测量精度。这种温度计测温范围在40120之间，精度为1。第116页/共202页第一百一十七页，共202页。第117页/共202页第一百一十八页，共202页。)20. 8(2nLC/1010ddC,/105dd

34、67-TnTLL 试计算在试计算在1m的光纤上，温度每变化的光纤上，温度每变化1时，时， 将有几根条纹将有几根条纹(tio wn)移动。移动。第118页/共202页第一百一十九页，共202页。第119页/共202页第一百二十页，共202页。(a)半导体材料(cilio)光吸收和温度的关系曲线(b)半导体吸收式温度传感器结构(jigu)框图第120页/共202页第一百二十一页，共202页。氦氖激光器扩束器分束器显微物镜单模光纤被测温度场光探测器第121页/共202页第一百二十二页，共202页。第122页/共202页第一百二十三页，共202页。第123页/共202页第一百二十四页，共202页。第1

35、24页/共202页第一百二十五页，共202页。第125页/共202页第一百二十六页，共202页。第126页/共202页第一百二十七页，共202页。第127页/共202页第一百二十八页，共202页。第128页/共202页第一百二十九页，共202页。第129页/共202页第一百三十页，共202页。位移MABCD1234XM1随机分布2对半分布3同轴分布4同轴分布发送光纤接收光纤反射光强(a)光纤分布(fnb)方式(b) 反射光强与位移(wiy)的关系位移MABCD1234XM1随机分布2对半分布3同轴分布4同轴分布发送光纤接收光纤反射光强第130页/共202页第一百三十一页，共202页。12345

36、67889101氦氖激光器；2分束器；3扩束镜；4反射镜；5可移动四面体棱镜(lngjng)；6全息照片；7光纤参考臂；8光探测器；9可逆计数器；10光阑第131页/共202页第一百三十二页，共202页。第132页/共202页第一百三十三页，共202页。第133页/共202页第一百三十四页，共202页。)23. 8 (/dsf式中式中 u流速；流速； d光纤相对于流体光纤相对于流体(lit)流动方向的横向尺寸，即光流动方向的横向尺寸，即光纤的直径；纤的直径； s斯特罗哈数斯特罗哈数(无量纲无量纲)，当雷诺数在，当雷诺数在Re = 500 150000范围内时，对圆柱体范围内时，对圆柱体s0.2

37、。第134页/共202页第一百三十五页，共202页。第135页/共202页第一百三十六页，共202页。第136页/共202页第一百三十七页，共202页。)24.8(cos2nf 第137页/共202页第一百三十八页，共202页。号(f-f1)与多普勒频移信号(f+Df)进行混频，就得到要探测的光信号。这种方法称为光学外差法。第138页/共202页第一百三十九页，共202页。第139页/共202页第一百四十页，共202页。入射光水管重物斑图dlh(b)卡门“涡街”(a)原理图入射光水管重物斑图dlh第140页/共202页第一百四十一页，共202页。vfcutf1OIfff + f光纤断面注射针血

38、管红血球单模光纤氦氖激光器布喇格盒分束器光电二极管频谱分析仪记录仪1ff ffff1第141页/共202页第一百四十二页，共202页。应测量磁场的方法很多，如强度调制方式，偏振光度测量方式和外差方式等，这里仅介绍偏振光度测量方式。第142页/共202页第一百四十三页，共202页。第143页/共202页第一百四十四页，共202页。)26. 8 ()45(sin)25. 8 ()45(cos202201-II-II式中，式中，q为偏振面的旋转角度；为偏振面的旋转角度；I0为入射光强；为入射光强；I1、I2为两偏为两偏振光的强度。振光的强度。 采用图中的采用图中的“加加”、 “减减”和和“除除”法运

39、算法运算(yn sun)后后，其输出，其输出)27. 8 (2sin2121IIIIP 通过测量通过测量P就能决定就能决定q，然后，然后(rnhu)利用式利用式(8.17)即可决即可决定定B。第144页/共202页第一百四十五页，共202页。)17. 8 (dLHV 光矢量光矢量(shling)旋转的角度与光在旋转的角度与光在物质中通过的距离物质中通过的距离L及磁场强度及磁场强度H成正比成正比，即，即式中，式中，Vd为物质为物质(wzh)的费尔德常数。的费尔德常数。第145页/共202页第一百四十六页，共202页。第146页/共202页第一百四十七页，共202页。第147页/共202页第一百四

40、十八页，共202页。光源保偏光纤法拉第盒PHD1D2- -+ +第148页/共202页第一百四十九页，共202页。磁场光源磁性膜光纤参考光纤光检测器电输出第149页/共202页第一百五十页，共202页。以用来测量体温、体压、血流量、PH值等医学参量。如前述及，光纤多普勒血流传感器已用于薄壁血管、小直径血管、蛙的蛛网状组织，老鼠的视网膜皮层的血流测量等。第150页/共202页第一百五十一页，共202页。第151页/共202页第一百五十二页，共202页。第152页/共202页第一百五十三页，共202页。第153页/共202页第一百五十四页，共202页。第154页/共202页第一百五十五页，共202页。导管光纤束反射镜防水薄膜悬臂梁P第155页/共202页第一百五十六页，共202页。纤可构成性能优良的分布式光纤传感器，特别适合于需要(xyo)同时监测在光纤通过的路途上大量位置处连续变化的物理量。第156页/共202页第一百五十七页，共202页。第157页/共202页第一百五十八页，共202页。的一维分布图，将光纤架设成光栅(gungshn)状，就可测定被测量的二维和三维分布情况；系统的空间分辨力一般在米的量级，因而对被测量在更窄范围的变化一般只能观测其平均值；第158页/共202页第一百五十九页，共202页。第159页/共202页第一百六十页，共202