光纤传感总结

光纤传感技术概论1、光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于近红外波区。2、光纤通信的特点:（1）通信容量大、频带宽（2）衰减小、中继距离长（3）泄漏小、保密性能好（4）串扰小、信号传输质量高（5）体积小、重量轻、便于施工和维护（6）原材料来源丰富，节约有色金属（7）抗电磁干扰，耐化学腐蚀，无电流，可在易燃、易爆场合工作光纤通信的缺点：①需要电/光和光/电变换部分；②光直接放大难；③需要高级的切断接续技术；④弯曲半径不宜太小；⑤分路、耦合不方便。3、光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信系统主要由光发射机、光纤和光接收机组成。基本光纤传输系统：光发射机、光纤线路、光接收机。4、光发射机由光源、驱动器和调制器组成。光源器件一般是LED和LD。要求光源的输出功率大，调制频率高。电信号对光的调制：直接调制、间接调制（外调制）。5、石英光纤的三个损耗很小的波长窗口：0.85um、1.31um、1.55um。石英光纤在波长1.55um损耗最小，在波长1.31um色散为零；通过光纤设计，可使零色散波长移到1.55um，制成损耗和色散都最小的色散移位单模光纤；设计成在1.31um和1.55um之间色散变化不大的色散平坦单模光纤。6、光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是核心。7、光检测器一般有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)两种。第二章光纤和光缆1、光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。光在光纤中传输的必要条件：n1>n2.Δ=(n1-n2)/n1纤芯和包层的相对折射率差.Δ越大，把光束缚在纤芯的能力越强，但传输容量却越小。2、纤芯直径：突变型多模光纤的纤芯为50－80μm；渐变型多模光纤的纤芯为50μm；单模光纤的纤芯为8μm～10μm。包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm。涂覆的作用：保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加了光纤的机械强度与可弯曲性，延长光纤寿命。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。根据折射率在横截面上的分布形状，分为突变型光纤和渐变型光纤两种。突变型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到纤芯与包层交界处变为包层的折射率n2常数。根据光纤中传输模式的多少，可分为单模光纤和多模光纤两类。单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在8μm～10μm范围内。多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为50μm左右。若按传输波长，可分为短波长光纤和长波长光纤。只有在半锥角为的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播，根据这个传播条件，定义临界角为的正弦为数值孔径。，为纤芯与包层相对折射率差。备注：NA表示光纤接收和传输光的能力；NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高；NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯性能越好；但NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量，所以要根据实际使用场合，选择适当的NA。注意：NA仅取决于光纤的折射率，而与光纤的几何尺寸无关。5、入射角为θ的光线在长度为L的光纤中传输，所经历的路程为l，在θ不大的条件下，其传播时间即时间延迟τ。其中最大入射角和最小入射角的光线之间的时间延迟差近似为：，这种时间延迟差在时域产生脉冲展宽（信号畸变），突变型多模光纤的信号畸变是由于不同入射角的光线经光纤传输后，其时间延迟不同而产生的。6、自聚焦效应：渐变型多模光纤中，不同入射角相应的光线会聚在中心轴线的同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。原因：光线的传播速度为入射角大的光线经历的路程虽较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r)较小，传播速度较快，补偿了较长的路程。入射角小的光线情况正好相反，其路程较短，但速度较慢，所以这些光线的时间延迟相等。单模传输条件对于给定的光纤（n1,n2和a确定），存在一个临界波长当时，是多模传输，时，是单模传输，称为截止波长截止波长是光纤所特有的一个参数，通常用它可判断光纤中是否单模传输。在光纤中传输的光线有子午光线和斜光线。区别：子午光线是平面曲线（呈锯齿形）；斜光线是空间曲线（有时呈螺旋形）。在短距离、低容量通信系统中使用突变型多模光纤；在长距离、大容量通信系统中使用渐变型多模光纤或单模光纤。色散限制系统的传输容量，损耗限制系统的传输距离。11、光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗、连接损耗、泄漏损耗等。12、光纤吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的。其中,材料的电子跃迁引起的吸收带发生在紫外区；分子振动引起的吸收带发生在红外区；杂质主要有过渡金属和氢氧根(OH-)离子。13、散射损耗：主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。结构缺陷散射产生的损耗与波长无关，瑞利散射损耗与波长的4次方成反比。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定光纤损耗的最低理论极限。注：决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大光纤的色散主要分为模式色散、材料色散、波导色散、偏振色散（双折射色散）。模式色散取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。注：模式色散存在于多模光纤；单模光纤无模式色散，只有材料色散和波导色散。当波长在1.31μm附近，色散接近为零。色散造成脉冲展宽，导致码间干扰。光纤的机械特性主要包括抗拉强度、耐侧压力、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。16、制备光纤预制棒：外汽相沉积法、汽相轴向沉积法、改进的化学汽相沉积法、等离子体化学汽相沉积法汽相沉积法OVDSiCl4+H2O→SiO2+2HCl+Cl2GeCl4+H2O→GeO2+2HCl+Cl2以石英、石墨或陶瓷棒作为中心棒，在中心棒外沉积SiO2粉尘，然后抽掉中心棒，高温烧结成预制棒。外汽相沉积法(OVD)的基本步骤：a.中心棒在喷嘴下方，匀速旋转并来回平移，以便在中心棒外形成SiO2粉尘的均匀沉积；b.控制气体流量成分，可以使预制棒折射率分布是阶跃的，或是渐变的；c.沉积过程完成，再经过脱水处理后，抽出中心棒，在高温炉中将粉末状预制棒烧结成透明玻璃预制棒。保护光纤固有机械强度的方法是采用塑料被覆和应力筛选。二次被覆光纤有紧套、松套、大套管和带状光纤四种。光缆由缆芯和护套组成。光缆的各种典型结构:层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE细钢丝综合外护层光缆。光缆型号由它的型式代号和规格代号构成。光纤测量的特性参数：光纤损耗、色散和截止波长。光纤特性参数的测量方法：基准测试方法和替代测试方法。所谓基准测试法就是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测试方法；替代测试法是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法。损耗的测量：1）剪断法:测量通过光纤的传输光功率。方法：首先，测量整根光纤的输出光功率P2，然后，保持注入条件不变，在离注入端约2米处切断光纤，并测量该短光纤的输出光功率P1。由于测量是在稳态条件下进行的，且约2～3米光纤的衰减可忽略不计，故可将P1看作是被测光纤的始端注入功率。剪断法测量准确度高(误差小于0.1dB)，它是一种光纤衰减测量的标准方法。2）插入法：实际测量中的一种替代法。插入法的测量精确度和重复性要受到耦合接头(或连接器)的精确度和重复性的影响，所以这种测试方法不如剪断法的精确度高。但是因为这种测试方法是非破坏性的，所以测量简单方便，很适合于工程、维护使用。3）后向散射法（光时域反射仪OTDR）：瑞利散射光功率与传输光功率成正比。利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。注意：分别是在注入端测得的经过光纤L1,L2点后散射回来的瑞利散射光功率。23、光纤色散的测量方法：相移法、脉冲时延法、干涉法等相移法测量色散：用角频率为的正弦信号调制光波，使波长和的受调制光波，分别通过被测光纤，由产生时间延迟差为，相位移为，则长度为L的光纤总色散为：则，光纤色散系数：24、传输功率法：原理：时，是单模传输，只存在基模LP01模。LP11模在接近截止波长时，其传输功率对光纤弯曲十分敏感；而LP01模在截止波长时，其传输功率对光纤弯曲不敏感。利用这个特点，测量在弯曲状态下的传输光功率随波长的变化，就可以确定截止波长。方法:用2m长的被测光纤，接入测量系统的注入装置和光检测器之间，把被测光纤弯曲成Φ280的圆圈，测量不同波长的输出光功率P1(λ)；保持注入条件不变，把被测光纤弯曲成Φ60的圆圈，这时消除了LP11模，只有基模LP01存在，测量输出光功率P2(λ)。经计算，可得到弯曲状态下的损耗－波长函数:光纤带宽的定义:通常把调制信号经过光纤传播后，光功率下降一半(即3dB)时的频率(fc)的大小，定义为光纤的带宽。由于它是光功率下降3dB对应的频率，故也称为3dB光带宽。3dB光带宽对应于6dB电带宽。26、光纤带宽的测量:时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法。频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。光器件在光纤特性及其参数的测量系统中，光源和光检测器也起着重要的作用。例如：在光纤色散的测量中，光源的谱宽决定材料色散的大小；在光纤损耗测量中，光源的中心波长决定光纤衰减量。非相干光源包括白炽光源和发光二极管(LED)，相干光源包括各种激光器。白炽光源一般适用于和光纤束或粗芯光纤配合使用。光纤通信中常用的光源器件有半导体激光器（LD）和半导体发光二极管（LED）两种。光与物质的三种作用形式：受激吸收、自发辐射、受激辐射。受激吸收——光电检测器；自发辐射——发光二极管；受激辐射——激光器。5、粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。激光器包括以下3个部分：•必须有能产生激光的激活物质；•必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源（泵浦源）；•必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。激活物质和光学谐振腔是产生激光振荡的必要条件。半导体激光器的两种构成方式：F-P腔激光器和分布反馈型（DFB）激光器。F-P腔激光器分：同质结半导体激光器、单异质结半导体激光器、双异质结半导体激光器；7、半导体激光器（LD)的P-I特性（功率特性）:对于LD，随着激光器注入电流的增加，其输出光功率缓慢增加，存在一个阈值Ith，只有当注入电流大于阈值电流后，输出光功率才随注入电流增加而急剧增加，便发射出激光。阈值电流越小越好。当注入电流小于阈值电流，LD发出的是光谱很宽、相干性很差的自发辐射光。LD的光谱随着激励电流的变化而变化。当I＜Ith时，发出的是荧光，光谱宽，；当I＞Ith后，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧加，表明发出激光。半导体激光器的温度特性:温度升高时，阈值电流增大，输出光功率降低；激光峰值波长向长波长方向移动。DFB激光器是在靠近有源层沿长度方向刻有周期性结构（波纹状）的衍射光栅而实现光反馈。这种衍射光栅的折射率呈周期性变化，使光沿有源层分布式反馈，称为分布反馈半导体激光器。发光二极管与激光器差别：•发光二极管没有光学谐振腔，不能形成激光，是自发辐射，所发出的是荧光，是非相干光。半导体激光器是受激辐射，发出的是相干光。•发光二极管输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。•发光二极管性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽，制造工艺简单，价格低廉。在小容量、短距离系统发挥重要作用。10、LED也多采用双异质结，不同的是LED没有光学谐振腔。由于不是激光振荡，所以没有阈值电流。LED分为两大类：一类是正面发光型LED，另一类是侧面发光型LED。LED光谱特性：LED发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选择，谱线宽度Δλ比激光器宽得多。随着温度升高或驱动电流增大，谱线加宽，且峰值波长向长波方向移动。LED通常和多模光纤耦合，用于1.31um(或0.85um)波长的小容量短距离传输。LD通常和单模光纤耦合，用于1.31μm或1.55μm大容量、长距离光通信系统。分布反馈半导体激光器（DFB-LD）主要和单模光纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于1.55μm超大容量的光纤系统，这是目前光纤通信发展的主要趋势。13、影响耦合效率的因素包括光源和光纤两个方面：(1)光源方面：光源的尺寸、面辐射强度、角向功率分布等。(2)光纤方面：数值孔径、纤芯尺寸、折射率分布等。14、光源与光纤的耦合一般采用两种方法：直接耦合与透镜耦合。15、目前常用的半导体光电检测器有两种，PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。16、按照探测机理的不同，光探测器可分为热电探测器和光电探测器。常用的热电效应有：温差电效应、热敏电阻效应、热释电效应。在光纤传感系统中所用的光探测器多半是光电探测器，所应用的光电效应主要有光电子发射效应、光电导效应、光伏效应、光电磁效应等。光电倍增管工作原理：光电倍增管(PMT)一般由光电阴极、倍增极、阳极和真空管组成。图中，K为光阴极、D为倍增极、A为阳极、U是极间电压，称为分级电压。分级电压为百伏量级，分级电压之和为总电压，千伏量级。从阴极到阳极，各级间形成逐级递增的加速电场。阴极在光照射下发射光电子，光电子被极间电场加速聚焦，从而以足够高的速度轰击倍增级。倍增级在高速电子轰击下产生二次电子发射，使电子数目大量增加。最后，电子被阳极收集，形成较大的阳极电流。当光信号变化时，阴极发射的光电子数目相应变化，由于各倍增级的倍增因子基本不变，所以阳极电流随光信号变化。18、PIN管特性包括响应度、量子效率、响应时间和暗电流。APD管除有上述特性外，还有雪崩倍增特性、温度特性等无源光器件可分为连接用的部件和功能性部件两大类。永久性连接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。光纤电弧熔接:光纤熔接是在被接光纤的轴心对准以后，用加热的方式将光纤端面熔化而使其熔为一体。最常用的方法是电弧熔接法，它是利用两个电极之间的高压电弧产生高温使被接光纤的端面熔接的方法。纤芯不连续的几种典型状态：轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜、纤芯直径（数值孔径）不一致、折射率的微小差异等。23、光纤端面反射回来的光会影响激光光源的性能解决办法：阻止反射回来的光进入光发射机。①光纤间避免有产生反射的空间隙。②将光纤间的间隙填充与光纤具有相同折射率的液体和胶。③切割并研磨光纤端面使之与正交线成一个小角度。这样反射回来的光进入不了发射机，这种反射实质是将反射光线相对光纤倾斜一定的角度。难点在于，要旋转光纤端面，直到两光纤端面匹配，以保证两个倾斜端面能精确准直，避免产生高损耗。④光隔离器是另一种抑制反向反射的设备，它只能往一个方向传输光。耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器称为波分复用器/解复用器。T形耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或组合器。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。耦合器类型：T形耦合器、定向耦合器、星形耦合器、波分复用器/解复用器（合波器/分波器）。光纤耦合器性能指标的参数有：耦合比、附加损耗、插入损耗、隔离度和一致性等。耦合器的结构有许多类型，其中比较实用和有发展前途的有光纤型、微器件型和波导型。光耦合器的制备方法：侵蚀法、磨削法、熔锥法。法拉第旋转器由旋光材料制成，能使光的偏振态旋转一个角度，如45º，并且其旋转方向与光传播方向无关。插入损耗和隔离度是光隔离器的两个主要性能参数，另外还有回波损耗，偏振相关损耗和偏振模色散。光调制器可以用电光效应、磁光效应或声光效应来实现。最有用的调制器是利用具有强电光效应的铌酸锂（LiNbO3）晶体制成的。n随E按比例变化，——线性电光效应或普克尔效应；n随E2按比例变化，——二次电光效应或克尔效应；光开关一般包括两种：机械式光开关和电子式光开关。光衰减器分固定衰减器和可变衰减器两种。光衰减器的工作机理主要有三种：耦合型、反射型、吸收型。波长转换器根据波长转换机理可分为光电型波长转换器和全光型波长转换器。光纤通信系统中所用的光器件有半导体光源、半导体光检测器以及无源光器件。第四章光纤传感器基本原理1、光纤传感器按被调制的光波参数分：强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器、波长（颜色）调制光纤传感器。2、按传感原理分:功能型和非功能型。a.功能型——利用光纤本身的特性，把光纤直接作为敏感元件，既感知信息，又传输信息。（有时也称为传感型光纤传感器，或全光纤传感器）；b.非功能型——利用其它敏感元件感知被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质。（有时也称为传光型传感器，或混合型传感器）。3、光纤传感器的光源的分类：•非相干光源：包括白帜光源、发光二极管；•相干光源：包括各种激光器（半导体激光器、氦氖激光器、固体激光器）。在大多数光纤传感器中希望使用相干光源。4、光纤的光波调制技术分类：强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制、波长调制等。1）强度调制调制方式：反射、透射、折射率、光(的)模式、吸收系数强度调制。2）折射率强度调制的三种调制情况：·利用光纤折射率的变化引起传输光波损耗变化的光强调制；·利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度变化的光强调制；·利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射系数改变的光强调制；5、相位调制光纤传感器的基本原理：通过被测量的作用，使光纤内传播的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转化为光强变化，从而检测出待测物理量。1）应力应变效应影响光纤中光波相位的因素:1）光纤物理长度的变化（轴向应变伸长、热膨胀引起的伸长、泊松比变化引起长度伸长）；2）光纤折射率及分布的变化（温度引起、光弹效应）；3）光纤横截面几何尺寸的变化（压力、热膨胀）。2）热胀冷缩效应四种干涉仪：迈克尔逊干涉仪、马赫—泽德干涉仪、塞格纳克干涉仪、法布里一珀罗干涉仪。1）迈克尔逊干涉仪示意图：2）马赫－泽德干涉仪示意图：马赫－泽德干涉仪具有迈克尔逊干涉仪不同的独特优点：a、它没有或很少有光返回激光器。返回到激光器的光会造成激光器的不稳定噪声，对干涉不利。b、从分束器2向上还有另外两束光，一束是水平光束的反射光，另一束是垂直光束的透射部分。如果需要，也可以用这两束光的干涉光强获得第二个输出信号。这在一些应用上是很方便的。“正交状态”是指干涉仪的两臂光波间的相对相位为90°。正交检测方式的优点是探测相位灵敏度最高。3）塞格纳克干涉仪示意图：塞格纳克干涉仪的特点•这种干涉仪的特点是，激光束分为反射和透射两束沿相反方向传播，最后汇合到分光器，被探测器检测。•在这种干涉仪中，任何一块反射镜在垂直表面的方向上移动，两束光的光路变化皆相等，因此不会在探测器上检测到光强之变化。•但是，当将此装置放置于一个可绕垂直于光束平面轴旋转的平台上时，由于塞格纳克效应，两束传播方向相反的光就会有不同的延迟。4）法布里—珀罗干涉仪示意图：法布里一珀罗干涉仪与前三种的主要区别在于前面都是双光束干涉，此为多光束干涉，且干涉光强有最小值，不为零。R（反射率）越大，干涉光强变化愈显著，分辨率愈高，这是此技术的最大特点，它是最灵敏的位移测量装置。（注：位移决定相位差）。7、波长调制技术（多为非功能型传感器）所用到的效应主要有：热色效应、荧光效应、透明度效应、黑体辐射效应。注：在光纤pH值探测技术(透明度效应)，采用双波长工作方式的目的：是为了消除测量中多种因素所造成的误差。频率调制技术目前主要利用多普勒效应来实现。光学多普勒效应：当光源S发射出的光，经运动的物体散射后，观察者所见到的光波频率f1相对于原频率f0发生了变化。光偏振调制技术所用到的效应主要有：法拉弟效应（磁致旋光效应）、普克耳效应——线性电光效应、克尔效应——平方电光效应、光弹效应。普克耳效应：当强电场施加于光正在穿行的各向异性晶体时，所引起的感生双折射正比于所加电场的一次方，也称为线性电光效应。克尔效应：当外加电场方向与光传播方向垂直时，各向同性介质变为各向异性介质，产生感应双折射。光纤机械量传感器光纤机械量传感器可分为传光型和传感型两类，其调制方式可以是强度调制、相位调制、偏振调制以及频率调制等。反射式光纤敏感元件通常是由入射光纤和接收光纤制成一光纤束。光纤束中的入射光纤和接收光纤可以是无规则排列或半圆形排列。光弹效应也可作水声探测器的基础，(注意)只有当声波波长与光纤作用尺寸可比拟时，折射系数才与偏振状态有关，否则，声波产生的折射率变化将独立于光偏振。4、表面粗糙度测量实验装置：将光纤传感器固定在工作台的上方，调节光纤探头与被测表面平行；调节工作台，使光纤探头与被测表面间的距离d由零逐渐增大，此时，反射面积加大，故输出亦增大。当距离d增大到某一值时，受光光纤所能接收的反射光面积(所占的比例）达到最大值，故在曲线上出现一峰值点A。随后，由于距离的增大，受光光纤收集的反射光变弱，输出亦减小，故曲线出现下降趋势。5、电量输出、测试距离d、粗糙度参数Ra的关系图为两个精度很高，且Ra值极接近的研磨平面试件，用同一种光纤测试系统测出的电量输出与位移d的关系曲线图。注意：1.在每条曲线的峰值点附近，输出对距离的变化不敏感，因曲线顶端平缓。2.曲线峰值点附近，传感器的输出对表面粗糙度的变化最敏感。即微小的粗糙度变化都可在电量输出中明显地反映出来。6、光纤传感器输出与粗糙度参数Ra的关系在每条曲线的峰值点附近，输出对距离的变化不敏感，却对表面粗糙度的变化最敏感，这正是测量粗糙度十分需要的特性。例，选用一套研磨样板，其Ra值都是精确定标已知的。取其中Ra值最小的样板为基准，细调距离d使输出电压为最大，并将此距离d固定。再将其它研磨样板依次换上分别测出其输出电压，并作出与Ra的关系图。实验中，分别用了排列型和同心圆型两种光纤束作出关系曲线。根据实验数据对Ra和输出电压的关系曲线方程进行拟合。粗糙度测量时，根据测得的输出电压值，可从拟合曲线方程中求得工件表面的Ra值。相位调制光纤加速度传感器：光纤加速度传感器是用光纤代替了弹簧，当框架振动时，光纤受重物的惯性力作用产生应变，且长度的变化是与被测加速度或位移成比例。加速度计的外壳以加速度a垂直向下运动，那么在加速该物体所需要的力F的作用下，上面的一段光纤伸长ΔL，下面的光纤则缩短ΔL。这一过程可表示为：式中，A是光纤的横截面积；ΔT是每根光纤中拉应力变化的幅度；系数2是由于存在两根伸长和缩短光纤。产生的应变可用下式表示：式中，E是光纤的杨氏模量。相位调制光纤振动传感器示意图：多普勒效应光纤振动传感器采用多普勒振动传感器可以对高频小振幅的振动进行有效测量。应用多普勒效应传感器测量振动，只有当振动的方向与光的行进方向一致时，测量效果较好。对于振动方向与光行进方向垂直时的测量，还有待进一步研究。第六章光纤热工量传感器1、光纤温度、流量传感器也分为传光型和传感型，其调制方式可以是强度调制、相位调制、频率调制、波长调制等。2、传感型光纤温度传感器3、半导体型光纤温度传感器半导体晶体吸收型光纤温度传感器，把半导体晶体制成面积为1mm2、厚度0.2-0.5mm的薄片，在晶片的两侧固定上光纤，用不锈钢管保护。GaAs(砷化镓)和CdTe(碲化镉)等半导体晶体，在波长为0.9um附近存在一个光谱吸收边，吸收边的波长具有随温度变化的性质。如果将吸收边的温度特性与光源的光谱特性进行比较，根据所测得的光的吸收量可以测定温度。在0－80℃范围内，测出的温度对数曲线大致上保持线性关系。光纤高温传感器，是在一定的波长范围内，通过探测黑体腔发射的热辐射量来测量黑体腔所处温度场的温度。光纤高温传感器由高温探头、高低温光纤耦合器、信号检测和处理系统等几部分组成。辐射能量经高低温光纤耦合器后，由低温低损耗光纤传输到光电二极管，在光电二极管前用透射率大于50%的窄带滤光片(λm、λn)，再用P