第7章_光纤传感器8

1、第七章第七章 光纤传感器光纤传感器第七章第七章 光纤传感器光纤传感器传感器技术传感器技术: :感知获取信息的窗口感知获取信息的窗口智能信息系统的智能信息系统的“五官五官”光纤传感器光纤传感器: :以光波为信息载体以光波为信息载体, ,以光纤为传输媒质以光纤为传输媒质安全可靠安全可靠; ; 传输容量大传输容量大 概述概述 光纤传感器始于光纤传感器始于1977年，经过年，经过30 多年，目多年，目前已进入研究与应用并重阶段前已进入研究与应用并重阶段光纤传感测量范围十分广泛，可用于热工光纤传感测量范围十分广泛，可用于热工参数、电工参数、机械参数、化学参数的参数、电工参数、机械参数、化学参数的测量，还

2、可以医用内窥镜、工业内窥镜等测量，还可以医用内窥镜、工业内窥镜等领域，进行图像扫描和图像传输。领域，进行图像扫描和图像传输。 优点优点 1.频带宽、动态范围大、灵敏度高；频带宽、动态范围大、灵敏度高；2.电绝缘性好、抗电磁干扰，可用于电气噪声、电绝缘性好、抗电磁干扰，可用于电气噪声、强电磁干扰环境；强电磁干扰环境；3.可桡性好：几何形状具有多方面的适应性，可可桡性好：几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；以制成任意形状的光纤传感器；4.不带电全光型探头；不带电全光型探头； 5.可用于高温、高压、腐蚀等恶劣环境结构；可用于高温、高压、腐蚀等恶劣环境结构；6.简单、体积小、重量

3、轻、耗能少；简单、体积小、重量轻、耗能少；7.相近技术基础课构成传感不同物理量传感器相近技术基础课构成传感不同物理量传感器8.便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统遥测遥控；系统遥测遥控；9.应用范围广泛，可以制造传感各种不同物理信应用范围广泛，可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；息（声、磁、温度、旋转等）的器件； 光纤传感器的主要应用领域光纤传感器的主要应用领域 应用：应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等七十多个物理量

4、的测量物理量的测量。变等七十多个物理量的测量物理量的测量。光纤制导武器光纤制导武器陀螺陀螺水听器水听器加速度计加速度计压力传感器压力传感器灵巧蒙皮灵巧蒙皮战地化学传感战地化学传感军事传感器：军事传感器： 光纤传感器的主要应用领域光纤传感器的主要应用领域 l光纤机器人光纤机器人l智能制造智能制造l柔性加工柔性加工l电力继电保护电力继电保护l火灾报警火灾报警l发动机内部故发动机内部故障诊断障诊断l智能大厦智能大厦应用：应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等七位移、液面、转矩、光声、电流和应变等七十多个物理量的测量物理量的测量。

5、十多个物理量的测量物理量的测量。智能系统智能系统 光纤传感器的主要应用领域光纤传感器的主要应用领域 l胃镜、胃镜、l神经修复、神经修复、l外科手术监测外科手术监测医用传感器医用传感器应用：应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等七位移、液面、转矩、光声、电流和应变等七十多个物理量的测量物理量的测量。十多个物理量的测量物理量的测量。l4S+R技术：技术：lSensitivity；Selectivity；Stability；Standardization；Reliabilityl光源功率稳定技术光源功率稳定技术l电流控制；功率控

6、制；温度控制；噪电流控制；功率控制；温度控制；噪声控制声控制l信号检测技术信号检测技术l强度检测；波长检测；相位检测；偏强度检测；波长检测；相位检测；偏振态检测；弱信号放大振态检测；弱信号放大l系统智能化技术系统智能化技术 光纤传感器的主要关键技术光纤传感器的主要关键技术 4S+R关键技术关键技术 以电为基础的传统传感器是一种把测量以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。的状态转变为可测的电信号的装置。 光纤光纤传感器结构原理传感器结构原理 信号处理信号处理电电 源源信号接收信号接收导线导线敏感敏感元件元件 光纤传感器则是一种把被测量的状态转光纤传感器则是一种把被测量

7、的状态转变为可测的光信号的装置。变为可测的光信号的装置。光纤光纤信号信号处理处理光接光接收器收器光发光发射器射器敏感敏感元件元件结构结构 A电场电场E的振幅矢量的振幅矢量;光波振动频率光波振动频率光初相位；光初相位；t光的传播时间。光的传播时间。可见，只要使光的可见，只要使光的强度强度、偏振态偏振态(振幅矢量的方振幅矢量的方向向)、频率频率和和相位相位等参量之一随被测量状态的变等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信

8、息。等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 )cos(0kxtEE 光是一种电磁波，其波长从极远红外的光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的到极远紫外线的10nm。它的。它的物理作用物理作用和和生生物化学作用物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，的振动，即即 光纤传感器结构原理光纤传感器结构原理 原理原理 l 光的强度光的强度l 偏振态偏振态l 波长波长l 频率频率l 相位相位 光纤传感器光学测量的基本原理光纤传感器光学测量的基本原理 把被测量的状态转变为把被测量的状态

9、转变为可测的光信号的装置可测的光信号的装置 光受到被测量的调制光受到被测量的调制, ,已调光经光纤耦已调光经光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，经合到光接收器，使光信号变为电信号，经信号处理系统得到被测量。信号处理系统得到被测量。 被测量调制被测量调制 光纤传感器的分类光纤传感器的分类 分类方式：分类方式：1. 光纤在传感器中的作用光纤在传感器中的作用; 2. 光受被测量调制的形式光受被测量调制的形式;3. 光纤传感器中对光信号的检测方法光纤传感器中对光信号的检测方法1. 光纤作用光纤作用 l 功能型功能型l 非功能型非功能型l 拾光型拾光型n光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏光纤在其中

10、不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。感元件，光在光纤内受被测量调制。n优点：优点：结构紧凑、灵敏度高。结构紧凑、灵敏度高。缺点：缺点：须用特殊光纤，成本高，须用特殊光纤，成本高，典型例子典型例子：光纤陀螺：光纤陀螺 光纤水听器等光纤水听器等 空芯光纤气体传感器空芯光纤气体传感器 (a) 功能型（全光纤型）光纤传感器功能型（全光纤型）光纤传感器功能型功能型n光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。敏感元件上受被测量调制。优点：优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，无需特殊光纤及其他特殊技术， 比较容易实现，成本低。比较容易

11、实现，成本低。缺点：缺点：灵敏度较低。灵敏度较低。实用化的大都是非功能型的光纤传感器。实用化的大都是非功能型的光纤传感器。(b) 非功能型（或称传光型）非功能型（或称传光型）非功能型非功能型 用光纤作探头，接收由被测对象辐射、反射、用光纤作探头，接收由被测对象辐射、反射、散射的光。散射的光。(c) 拾光型光纤传感器拾光型光纤传感器拾光型拾光型2. 根据光受被测对象的调制形式根据光受被测对象的调制形式 (a) 强度调制型光纤传感器强度调制型光纤传感器(b) 偏振调制光纤传感器偏振调制光纤传感器(c) 频率调制光纤传感器频率调制光纤传感器(d) 相位调制传感器相位调制传感器 利用被测对象的变化引起

12、敏感元件参数的利用被测对象的变化引起敏感元件参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。的传感器。应用：应用：压力、振动、位移、气体压力、振动、位移、气体优点优点: 结构简单、容易实现、成本低。结构简单、容易实现、成本低。缺点缺点: 易受光源波动和连接器损耗变化等的易受光源波动和连接器损耗变化等的影响影响(a)强度调制型光纤传感器强度调制型光纤传感器 强度调制强度调制（b）偏振调制光纤传感器）偏振调制光纤传感器 n利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息n应用：应用：电流、磁场传感器：法拉第效应；电流、磁场传感器：

13、法拉第效应； 电场、电压传感器：克尔效应；电场、电压传感器：克尔效应； 压力、振动或声传感器：光弹效应；压力、振动或声传感器：光弹效应； 温度、压力、振动传感器：双折射性温度、压力、振动传感器：双折射性n优点：优点：可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。可避免光源强度变化的影响，灵敏度高。偏振调制偏振调制（c）频率调制光纤传感器）频率调制光纤传感器n被测对象引起的光频率的变化来进行监测被测对象引起的光频率的变化来进行监测n利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器；光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器；频率调制频率

14、调制（d）频率调制光纤传感器）频率调制光纤传感器n被测对象引起的光频率的变化来进行监测被测对象引起的光频率的变化来进行监测利用光致发光的温度传感器等。利用光致发光的温度传感器等。波长调制波长调制（d）相位调制传感器）相位调制传感器被测对象导致光的相位变化，然后用干涉被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用光弹效应的声、压力或振动传感器；相位调制相位调制（e）相位调制传感器）相位调制传感器被测对象导致光的相位变化，然后用干被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化

15、而得到被测对象的涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息。信息。利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器GMM铽镝铁稀土超磁致伸缩合金（铽镝铁稀土超磁致伸缩合金（REMA棒）棒）相位调制相位调制（e）相位调制传感器）相位调制传感器被测对象导致光的相位变化，然后用被测对象导致光的相位变化，然后用干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对干涉仪来检测这种相位变化而得到被测对象的信息象的信息优点：优点：灵敏度很高，灵敏度很高，缺点：缺点：特殊光纤及高精度检测系统，成本高。特殊光纤及高精度检测系统，成本高。Sagnac效应效应光纤陀螺光纤陀螺相位调制相位调制注：注：MM多模光纤

16、；多模光纤；SM单模光纤；单模光纤；PM偏振保持光纤偏振保持光纤 传感器传感器光学现象光学现象被被测量测量被被测量测量光纤光纤分类分类干干涉涉型型光光纤纤传传感感器器相相位位调调制制干涉（磁致伸缩）干涉（磁致伸缩）干涉（电致伸缩）干涉（电致伸缩）Sagnac效应效应光弹效应光弹效应干涉干涉电流、磁场电流、磁场电场、电压电场、电压角速度角速度振动、压力、加速度、位移振动、压力、加速度、位移温度温度SM、PMSM、PMSM、PMSM、PMSM、PMaaaaa 光纤传感器的分类光纤传感器的分类 注：注：MM多模光纤；多模光纤；SM单模光纤；单模光纤；PM偏振保持光纤偏振保持光纤 传感器传感器光学现象

17、光学现象被被测量测量被被测量测量光纤光纤分类分类非非干干涉涉型型光光纤纤传传感感器器强强度度调调制制遮光板断光路遮光板断光路半导体透射率的变化半导体透射率的变化荧光辐射、黑体辐射荧光辐射、黑体辐射光纤微弯损耗光纤微弯损耗振动膜或液晶的反射振动膜或液晶的反射气体分子吸收气体分子吸收光纤漏泄模光纤漏泄模温度、振动、压力、加速度、温度、振动、压力、加速度、位移位移温度温度温度温度振动、压力、加速度、位移振动、压力、加速度、位移振动、压力、位移振动、压力、位移气体浓度气体浓度液位液位MMMMMMSMMMMMMMbbbbbbb 光纤传感器的分类光纤传感器的分类 注：注：MM多模光纤；多模光纤；SM单模光

18、纤；单模光纤；PM偏振保持光纤偏振保持光纤 传感器传感器光学现象光学现象被被测量测量被被测量测量光纤光纤分类分类非非干干涉涉型型光纤光纤传感传感器偏器偏振调振调制制法拉第效应法拉第效应泡克尔斯效应泡克尔斯效应双折射变化双折射变化光弹效应光弹效应电流、磁场电流、磁场电场、电压电场、电压温度温度振动、压力、加速度、位移振动、压力、加速度、位移SMMMSMMMb,abbb光纤光纤传感传感器频器频率调率调制制多普勒效应多普勒效应受激喇曼散射受激喇曼散射光致发光光致发光速度、流速、振动、加速度速度、流速、振动、加速度气体浓度气体浓度温度温度MMMMMMcbb 光纤传感器的分类光纤传感器的分类 第七章第七

19、章 光纤传感器光纤传感器-调制原理调制原理一、强度调制机理一、强度调制机理 外调制外调制: 反射式、透射式反射式、透射式内调制内调制: 微弯曲、光纤刻纹微弯曲、光纤刻纹强度调制强度调制 1. 反射式强度调制反射式强度调制 这是一种非功能型光纤传感器，光纤这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用本身只起传光作用.daT=tan(arcsinNA)反射式反射式22 dTrrFPPio耦合效率耦合效率radTr2输出光纤接收的入射光功率比输出光纤接收的入射光功率比反射式反射式rrr1arccossin11arccos1传感器的耦合效率与反射位置间关系曲线传感器的耦合效率与反射位置间关系曲线2

20、2 dTrrFPPio2. 2. 透射式强度调制透射式强度调制 动光纤式光强调制模型，用来测量位移、动光纤式光强调制模型，用来测量位移、压力、温度等物理量。这些物理量的变化使接压力、温度等物理量。这些物理量的变化使接收光纤的轴线相对于发射光纤错开一段距离收光纤的轴线相对于发射光纤错开一段距离, 光强度调制器的线性度和灵敏度都很好。光强度调制器的线性度和灵敏度都很好。调制原理调制原理 双透镜系统双透镜系统带有遮光屏的透射式光强调制结构带有遮光屏的透射式光强调制结构无透镜系统无透镜系统 透射率从透射率从50到到0周期变化，光的输出强周期变化，光的输出强度亦周期性变化，而且它的分辨率在光栅条度亦周期

21、性变化，而且它的分辨率在光栅条纹间距的纹间距的10-6数量级以内。这是能够构成很灵数量级以内。这是能够构成很灵敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础。敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础。光栅遮光屏光栅遮光屏透射式透射式两个周期结构的光栅遮光屏传感器两个周期结构的光栅遮光屏传感器3. 光模式强度调制光模式强度调制 当光纤之间状态发生变化时，会引起当光纤之间状态发生变化时，会引起光纤中的模式耦合，其中有些导波模变成光纤中的模式耦合，其中有些导波模变成了辐射模，从而引起损耗。了辐射模，从而引起损耗。光纤模式微弯损耗强度调制原理光纤模式微弯损耗强度调制原理1-线芯；线芯；2-包层；包层；3-变形器；变

22、形器；4-泄漏到包层的光波泄漏到包层的光波微弯损耗微弯损耗调制调制最佳微弯空间周期最佳微弯空间周期22 acac（SIF）（GIF）4. 折射率强度调制折射率强度调制 一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数不同。不同。 当温度变化时，当温度变化时， n2 、 n1之间的差发生之间的差发生变化，从而改变传输损耗。因此，以某一温度变化，从而改变传输损耗。因此，以某一温度时接收到的光强为基准时接收到的光强为基准,根据传输功率的变化可根据传输功率的变化可确定温度的变化。确定温度的变化。光纤材料光纤材料n(T)5. 倏逝波耦合型倏逝波耦合型倏逝倏逝场场调制调制 光纤包层

23、被减薄或完全剥去，足以产光纤包层被减薄或完全剥去，足以产生倏生倏逝场耦合；逝场耦合；d、L或或n2稍有变化，光探测器的接稍有变化，光探测器的接收光强就有明显变化、从而实现光强调制、这收光强就有明显变化、从而实现光强调制、这一原理已应用于水听器。一原理已应用于水听器。L-光纤间的相互作用长度；光纤间的相互作用长度；d-纤芯之间的距离；纤芯之间的距离； x射线、射线、g g 射线等辐射线会使光纤材料吸收射线等辐射线会使光纤材料吸收损耗增加；损耗增加； 铅玻璃制成光纤对铅玻璃制成光纤对x射线、射线、 g g 射线、中子射射线、中子射线最敏感。线最敏感。6. 光纤吸收系数强度调制光纤吸收系数强度调制

24、吸收系数吸收系数调制调制射线敏感射线敏感7. 强度调制的补偿技术强度调制的补偿技术1). 分光参考分光参考补偿法补偿法 LD探测器探测器1信号信号处理处理探测器探测器2传感头传感头信号输出信号输出分束器分束器I0V1V2)(211101tfDLIV )(212202tfDLIV )()(221121tkftfDLDLVVV2). 光桥平衡光桥平衡 补偿法补偿法 S2D1信号信号处理处理D2M信号输出信号输出L1V11V2113111111DLMCLIV MCCCCVVVVV2112221121122211S1L2C12C22C11C21V12V2224121112DLCLIVL4L313212

25、221DLCLIV24222222DLCLIV7. 强度调制的补偿技术强度调制的补偿技术3). 时域参考时域参考 补偿法补偿法 LD信号信号处理处理探测探测器器信号输出信号输出I0VALMRRTTPPnnncn121212121)(传感传感头头ML22211LMRRVVnn7. 强度调制的补偿技术强度调制的补偿技术4). 衰荡参考衰荡参考 补偿法补偿法 7. 强度调制的补偿技术强度调制的补偿技术5). 双波长参考双波长参考 补偿法补偿法 二、二、 相位调制传感相位调制传感n基本原理基本原理:能量场作用下光波相位变化，能量场作用下光波相位变化，干涉法转换为光强变化，检测待测物理量。干涉法转换为光

26、强变化，检测待测物理量。光纤受纵向光纤受纵向(轴向轴向)机械应力作用，光纤长度、机械应力作用，光纤长度、芯径、纤芯折射率变化，引起光相位变化芯径、纤芯折射率变化，引起光相位变化.1). 应力应变效应应力应变效应LL2 传播常数传播常数1. 调制机理调制机理aaLnnLLLLLL纵向应变纵向应变, 相位变化相位变化31220)2(21pnLnk11211200)(21ddppnankaLnk轴向应变轴向应变, 相位变化相位变化泊松效应可忽略时泊松效应可忽略时1121130)(21ppLnkPZT相位相位调制器调制器2). 温度应变效应温度应变效应仅考虑径向折射率变化时，其相位随温度变化为仅考虑径

27、向折射率变化时，其相位随温度变化为TLnTnLkTdddd0TLLnTnnTdd1d(2111pppnTTnn2. 相位调制的解调相位调制的解调1). 迈克尔逊光纤干涉仪迈克尔逊光纤干涉仪光纤迈克尔逊光纤迈克尔逊(Michlson) 干涉干涉Michlsonlk 022). 马赫马赫泽德光纤干涉仪泽德光纤干涉仪 Machzehnder 干涉仪两臂光波间相对相位为干涉仪两臂光波间相对相位为900,正交正交检测方式的优点是探测相位灵敏度最高。检测方式的优点是探测相位灵敏度最高。“正交状态正交状态”)cos(22122212AAAAA2). 马赫马赫泽德光纤干涉仪泽德光纤干

28、涉仪 3). 赛格纳克光纤干涉仪赛格纳克光纤干涉仪平台以角速度平台以角速度转动，两束传播方向相反的转动，两束传播方向相反的光束到达光探测器的延迟不同。若平台以顺光束到达光探测器的延迟不同。若平台以顺时针方向旋转，则顺时针方向传播的光较逆时针方向旋转，则顺时针方向传播的光较逆时针方向传播的光延迟。时针方向传播的光延迟。光纤光纤SagnacA光路围成面积光路围成面积相位延迟相位延迟SagnaccA08反射率反射率954). 法布里法布里珀罗光纤干涉仪珀罗光纤干涉仪透射的干涉光强的最大值与最小值之比透射的干涉光强的最大值与最小值之比Fabry-Perot)2(sin)1 (41/220RRII211

29、RRR-反射镜的反射率反射镜的反射率-相邻光束间的相位差相邻光束间的相位差光纤光纤F-P光纤特性变化光纤特性变化三、三、 偏振调制偏振调制强电场施加于各向异性晶体时引起的感生强电场施加于各向异性晶体时引起的感生双折射正比于所加电场的一次方，称为线双折射正比于所加电场的一次方，称为线性电光效应，或普克耳效应。性电光效应，或普克耳效应。1. 调制调制-光偏振效应光偏振效应普克耳效应普克耳效应克尔效应也称为克尔效应也称为平方电光效应平方电光效应各向同性各向同性透透明物质上受外加电场作用时，变成具有单轴明物质上受外加电场作用时，变成具有单轴晶体双折射现象的各向异性特性。晶体双折射现象的各向异性特性。克

30、尔效应克尔效应许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的平面偏振光的偏振方向旋转，这种现象称平面偏振光的偏振方向旋转，这种现象称为为磁致旋光效应磁致旋光效应或或法拉第效应法拉第效应法拉第效应法拉第效应 旋光现象旋光现象 A 旋光现象旋光现象偏振光通过某些透明物质后，其振动面方将以偏振光通过某些透明物质后，其振动面方将以光的传播方向为轴线转过一定的角度光的传播方向为轴线转过一定的角度，这种现，这种现象称为象称为旋光现象。旋光现象。能够产生旋光现象的物质称为能够产生旋光现象的物质称为旋光物质旋光物质。如。如石英、糖、酒石酸钾钠等。石英、糖、酒石酸钾钠等。右旋物质：右旋

31、物质：迎着光的传播方向观看，使迎着光的传播方向观看，使振动面按顺时针方向转动的物质，如葡萄振动面按顺时针方向转动的物质，如葡萄糖、石英等。糖、石英等。左旋物质：左旋物质：迎着光的传播方向观看，使迎着光的传播方向观看，使振动面按逆时针方向转动的物质，如果糖振动面按逆时针方向转动的物质，如果糖等。等。不同的氨基酸和不同的氨基酸和DNA等也有左右旋的不同，这等也有左右旋的不同，这些是目前生物学研究的课题。些是目前生物学研究的课题。B 旋光物质旋光物质三、三、 偏振调制偏振调制MNFC是旋光物质；是旋光物质；F为滤色片；为滤色片；M为起偏器；旋光物体放为起偏器；旋光物体放在两个偏振片在两个偏振片M与与

32、N之间，把检偏器之间，把检偏器 N 旋转一定角度，旋转一定角度，可得到亮视野和暗视野。可得到亮视野和暗视野。C旋光调制旋光调制 实验证明：振动面旋转的角度实验证明：振动面旋转的角度与材料的厚度与材料的厚度d、浓度浓度C 以及入射光的波长以及入射光的波长 有关。有关。l 对于固体：对于固体： 为旋光系数，为入射光波长的函数为旋光系数，为入射光波长的函数lC 对于液体：对于液体：C为溶液的浓度。为溶液的浓度。应用：应用：制糖工业，测定糖液浓度的糖量计制糖工业，测定糖液浓度的糖量计旋光物质旋光物质蔗糖溶液蔗糖溶液石油石油酒石酸酒石酸石英石英朱砂朱砂光线正反两次通过旋光材料后总旋转光线正反两次通过旋光

33、材料后总旋转角为角为0，因此，旋光性是一种互易的，因此，旋光性是一种互易的光学过程。光学过程。NCMF互易性互易性 法拉第旋转是非互易的光学过程法拉第旋转是非互易的光学过程旋光物质旋光物质互易互易法拉第旋转法拉第旋转非互易非互易三、三、 偏振调制偏振调制 3. 偏振调制的解调偏振调制的解调 1). 单光路单光路 检测检测 LDD信号信号处理处理传感头传感头信号输出信号输出q qI0Vq20sinII I 3. 偏振调制的解调偏振调制的解调 2). 双光路双光路 检测检测 LD探测器探测器1信号信号处理处理探测器探测器2传感头传感头信号输出信号输出q qI0V1V2I)45(sino202q I

34、I)45(coso201q III1I2四、频率调制机理四、频率调制机理1. 多普勒调制多普勒调制 粒子速度粒子速度传感器传感器 主要特点是空间分辨率高，光束不主要特点是空间分辨率高，光束不干扰流动性，并具有跟踪快速变化的能干扰流动性，并具有跟踪快速变化的能力。力。四、频率调制机理四、频率调制机理ucucsr四、频率调制机理四、频率调制机理Lcm2. Sagnac调制调制 cwcwmLcccwccwmLcLALLcLL000ccwcw4五、波长调制机理五、波长调制机理 波长调制光纤传感器主要是利用传波长调制光纤传感器主要是利用传感探头的光频谱特性随外界物理量变化感探头的光频谱特性随外界物理量变

35、化的性质来实现的。此类传感器多为非功的性质来实现的。此类传感器多为非功能型传感器。能型传感器。1). 光纤磷光纤磷(荧光荧光) 光探测技术光探测技术2. 波长外调制波长外调制两条线两条线温度特性温度特性1/310) 1(),(2TceCTE2). 光纤黑体光纤黑体 探测技术探测技术2. 波长外调制波长外调制 光纤黑体探测技术。就是以黑体做探头，光纤黑体探测技术。就是以黑体做探头，利用光纤传输热辐射波，不怕电磁场干扰，利用光纤传输热辐射波，不怕电磁场干扰，质量轻质量轻 灵敏度高，体积小，探头可以做到灵敏度高，体积小，探头可以做到0.1mm。2. 波长外调制波长外调制cos21cos2212121

36、21FPRRRRRRRRRcos21212121FPRRRRTTTnL4i2R4cos214cos12InLRRnLRIi22T4cos211InLRRRIR1=R2=R 1 )cos1 (2FP RRiR)4cos1 (2ILRI)cos1 (21FPRTi222Rcos)(2)(1cos)(2)(1 ILLRLLRI2tan)(cLaaLqnL4o2R4cos214cos12InLRRLRIoR4cos12ILRI100204060L/m mm01015201L/m mm nL42/2/o2/2/Rd4cos12dBBBBILRII iL= L28009001000 iL= L180090010000 mm+qm+1 m+2m+3 m+4m412mLqm412qmLqmmmqm2qL( q=1,2,3 )o2R4cos214cos12ILRRLRIi22T4cos211InLRRRI商品描述：属于置入在不锈钢保护外壳内部的外在商品描述：属于置入在不锈钢保护外壳内部的外在型法布里型法布里-珀罗传感器。珀罗传感器。 特点：体