光纤传感器ppt课件

1、 2.9 2.9 光纤光纤( (光导纤维光导纤维) )传感器传感器 光的全反射实验光的全反射实验 各种装饰性光导纤维各种装饰性光导纤维 发光发光二极管产二极管产生多种颜生多种颜色的光线，色的光线，通过光导通过光导纤维传导纤维传导到东方明到东方明珠球体的珠球体的表面。在表面。在计算机控计算机控制下，可制下，可产生动态产生动态图案。图案。上海东方明珠上海东方明珠光纤传感器光纤传感器外形外形 光的反射、折射光的反射、折射 当一束光线以一定的入射角当一束光线以一定的入射角1 1从介质从介质1 1射到介质射到介质2 2的分界面上时，一部分能量的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分反射

2、回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。界面，在另一介质内继续传播。 光的光的全反射全反射 当减小入射角时，进入介质当减小入射角时，进入介质2 2的折射光与分界面的的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角c c。当。当入射角小于入射角小于c c时，入射光线将发生全反射。时，入射光线将发生全反射。光在光在光纤中光纤中的全反射的全反射 光纤的结构光纤的结构 光缆的外形光缆的外形及及光纤的拉制光纤的拉制 光纤的类型光纤的类型 阶跃

3、型：阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。均匀一致，称为多模光纤。 梯度型梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。层区一样。 单孔型光纤单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输

4、。于远距离传输。 与光纤耦合的电光与光电转换器件与光纤耦合的电光与光电转换器件 实现电光转换的元件通常是发光二极实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。管或激光二极管。 激光二极管的外形激光二极管的外形 激光二极管芯片激光二极管芯片激光二极管激光二极管的与的与发光二极管的发光二极管的 带宽及带宽及效率的比较效率的比较 单模光纤单模光纤必须采用能发必须采用能发射单一光谱的射单一光谱的激光二极管，激光二极管，它在传导过程它在传导过程中的发散损耗中的发散损耗较小，稳定性较小，稳定性较高。较高。光纤的损耗光纤的损耗 光纤在传输光纤在传输信号的过程中损信号的过程中损耗应尽量小且稳耗应尽量小且稳定

5、。在某些波长定。在某些波长上，光纤的损耗上，光纤的损耗非常小。可选择非常小。可选择适当波长的电光适当波长的电光转换元件与之匹转换元件与之匹配。配。 专用的光纤连接头及光纤插座专用的光纤连接头及光纤插座 光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。光纤插座来完成。 光纤传感器光纤传感器 光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件（也称作测量臂），直接接收外界的被测件（也称作测量臂），直接接收外界的被测量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直量。被测

6、量可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四个，即振幅（强则光可以被调制的参数有四个，即振幅（强度）、相位、波长和偏振方向。度）、相位、波长和偏振方向。 光纤液位传感器光纤液位传感器 保护管内保护管内为高温为高温光纤光纤低温低温光纤光纤光纤温度传感器光纤温度传感器 光纤式光电开关光纤式光电开关反射型反射型遮断型遮断型反射镜反射型反射镜反射型光纤式光电开关应用光纤式光电开关应用标志孔标志孔电路板标志检测电路板标志检测 当光纤发出当光纤发出的光穿过标志孔的光穿过标志孔时，若无反射，时，若无反射，说明电路板方向说明电路板方向放置正确。放置正确。 光纤光纤 耦合器耦合器传输光纤传输光纤出射光纤出射光纤光纤式光电开关应用光纤式光电开关应用遮断型光纤遮断型光纤光电开关光电开关出射光纤出射光纤接收光纤接收光纤光纤式光电开关应用光纤式光电开关应用 采 用 遮采 用 遮断型光纤光断型光纤光电开关对电开关对IC 芯片引脚进芯片引脚进行检测行检测光纤的其他应用光纤的其他应用 军用光纤陀螺：军用光纤陀螺： 将激光射入绕成线圈的将激光射入绕成线圈的光纤，当线圈的底座随运动光纤，当线