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1、关于光纤传感技术(2)第一页，本课件共有64页7.1 7.1 概述概述7.1.17.1.1 背景介绍背景介绍光导纤维光导纤维光纤通信：光纤通信：通信质量受干扰的原因光纤对外部因素十分敏感。通信质量受干扰的原因光纤对外部因素十分敏感。外界环境外界环境u 温度温度u 压力压力u 电场电场u 磁场磁场光波参量光波参量u 强度强度u 相位相位u 频率频率u 偏振态偏振态光纤传感光纤传感 第二页，本课件共有64页光光纤结纤结构构图图第三页，本课件共有64页v光纤的优点光纤的优点长距离低损耗长距离低损耗易弯曲易弯曲体积小、重量轻、成本低体积小、重量轻、成本低防水、防火、耐腐蚀防水、防火、耐腐蚀抗电磁干扰抗
2、电磁干扰v光纤传感技术应用光纤传感技术应用航天：飞机及航天器各部位压力、温度传感航天：飞机及航天器各部位压力、温度传感航海航海石油化工石油化工电力工业电力工业核工业核工业医疗器械：血液流速、血压及心音测量医疗器械：血液流速、血压及心音测量第四页，本课件共有64页7.1.2 光纤传感器分类光纤传感器分类 光纤传感器原理光纤传感器原理：利用光纤将待测量对光纤内传输的光波参量：利用光纤将待测量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对调制过的光波信号进行解调检测，从而获得待测进行调制，并对调制过的光波信号进行解调检测，从而获得待测量值。量值。u 功功能能型型（传传感感型型、全全光光纤纤）传传感感器器：光光
3、纤纤中中传传输输的的光光波波受受到到被被测测对对象象的的调调制制，空空载载波波变变为为调调制制波波，携携带带了了被被测测对对象象信息。光纤直接作为敏感元件，信息。光纤直接作为敏感元件，既感且传既感且传第五页，本课件共有64页u非功能型（传光型、混合型）传感器非功能型（传光型、混合型）传感器：光纤送来光波：光纤送来光波通过光转换元件时光波参量发生相应变化，空载波变通过光转换元件时光波参量发生相应变化，空载波变成了调制波，携带了带测量信息。其他敏感元件感知成了调制波，携带了带测量信息。其他敏感元件感知待测量的变化，待测量的变化，只传不感只传不感第六页，本课件共有64页提问：光纤传感器利用什么物理效
4、应来感知待测量？它提问：光纤传感器利用什么物理效应来感知待测量？它能检测哪些物理量？能检测哪些物理量？u 功能型光纤传感器功能型光纤传感器 光光纤纤自自身身的的结结构构参参量量（尺尺寸寸和和形形状状）发发生生变变化化，光纤中的光波参量受到相应控制光纤中的光波参量受到相应控制 光纤中传输的光波自身发生了某种变化光纤中传输的光波自身发生了某种变化u 非功能型（传光型、混合型）传感器非功能型（传光型、混合型）传感器 光转换元件自身的性能发生了变化光转换元件自身的性能发生了变化 由光纤的几何位置排布实现光转换功能由光纤的几何位置排布实现光转换功能第七页，本课件共有64页第八页，本课件共有64页光波调制
5、技术光波调制技术：利用光波参量的调制实现待测：利用光波参量的调制实现待测信息提取。信息提取。强度调制强度调制 位相调制位相调制 频率调制频率调制 偏振调制偏振调制 颜颜色色调调制制（光光纤纤传传感感头头的的光光频频谱谱特特性性随随待测物理量变化）待测物理量变化）第九页，本课件共有64页7.2 7.2 光纤的传输特性光纤的传输特性 v阶跃光纤（包层光纤）阶跃光纤（包层光纤）v渐变光纤（自聚焦光纤）渐变光纤（自聚焦光纤）纤芯纤芯包层包层第十页，本课件共有64页7.2.1 7.2.1 包层光纤中的传输光线包层光纤中的传输光线传输条件传输条件：满足全反射定律：满足全反射定律1.1.子子午午光光线线：传
6、传播播时时在在同同一一平平面面内内，且且与与光纤轴线相交。光纤轴线相交。子午光线的传输子午光线的传输第十一页，本课件共有64页v入射角满足的条件：入射角满足的条件：v表表征征光光纤纤收收光光能能力力的的重重要要参参数数光光纤纤的数值孔径的数值孔径第十二页，本课件共有64页2.2.斜斜光光线线：传传播播时时不不在在同同一一平平面面内内，且且不不与光纤轴线相交。与光纤轴线相交。斜光线的传输斜光线的传输v入射角满足的条件：入射角满足的条件：第十三页，本课件共有64页v7.2.2 7.2.2 梯度折射率光纤与自聚焦透镜梯度折射率光纤与自聚焦透镜 只讨论子午光线的传播规律：只讨论子午光线的传播规律：即子
7、午光线的传播方向与入射角的关系即子午光线的传播方向与入射角的关系光线沿着一弯曲的路径传播，而光线沿着一弯曲的路径传播，而且弯向折射率大的一方且弯向折射率大的一方第十四页，本课件共有64页第十五页，本课件共有64页当梯度折射率分布呈当梯度折射率分布呈抛物线型抛物线型分布时，梯度折射率光纤分布时，梯度折射率光纤中的子午光线路径是中的子午光线路径是正弦曲线正弦曲线。说明说明：入射角不同时，各曲线的振幅不同，但周期相同。各：入射角不同时，各曲线的振幅不同，但周期相同。各入射角的光线自动会聚到一点，故折射率梯度型光纤又称为入射角的光线自动会聚到一点，故折射率梯度型光纤又称为自聚焦光纤自聚焦光纤。第十六页
8、，本课件共有64页透镜和自聚焦透镜透镜和自聚焦透镜靠球面的折射靠球面的折射来弯曲曲线来弯曲曲线靠折射率的梯靠折射率的梯度变化来弯曲度变化来弯曲曲线曲线第十七页，本课件共有64页v7.2.3 7.2.3 单模光纤和多模光纤单模光纤和多模光纤 由现象到本质由现象到本质 送送入入光光纤纤的的光光信信号号是是一一个个完完整整的的圆圆形形光光斑斑的的激激光光束束，光光纤纤输输出出端端面面上上观观察察到到的的光光信信号号却却可可能能是是分分裂开的几个小光斑。裂开的几个小光斑。为什么会出现光斑分裂现象？（导波光学、模式）为什么会出现光斑分裂现象？（导波光学、模式）光光波波是是光光频频电电磁磁波波，光光纤纤是
9、是介介质质波波导导，上上述述现现象象可用电磁波导理论解释。可用电磁波导理论解释。光光纤纤波波导导中中的的麦麦克克斯斯韦韦方方程程有有许许多多独独立立的的特特解解，每每一一特特解解代代表表能能独独立立存存在在于于波波导导中中的的一一种种模模式式或或波波型型。光光波波导导中中总总的的电电磁磁场场分分布布可可由由这这些些可可能能存存在在的的模式线性叠加来表示。模式线性叠加来表示。第十八页，本课件共有64页光纤波导中的光波模式光纤波导中的光波模式 横模和纵模横模和纵模 横电模（横电模（TE）和横磁模）和横磁模(TH)EH模和模和HE模模单模光纤：只允许一种模式在光纤中传输；单模光纤：只允许一种模式在光
10、纤中传输；多模光纤：允许多个模式在光纤中传输。多模光纤：允许多个模式在光纤中传输。单模光纤和多模光纤的区分单模光纤和多模光纤的区分 归一化频率参量归一化频率参量 阶跃光纤阶跃光纤第十九页，本课件共有64页v每根曲线对应于麦氏方程组的一个特解；每根曲线对应于麦氏方程组的一个特解；v解得允许值在解得允许值在kn1和和kn2之间（纤芯和包层中的波数）；之间（纤芯和包层中的波数）；v随随V增大，不同模式的速度增大，不同模式的速度/由高（由高（小）到低（小）到低（大）大）变化；变化；v随随V增大，允许存在的模式数目增多。增大，允许存在的模式数目增多。基模基模单模光纤条件：单模光纤条件：V2.405第二十
11、页，本课件共有64页当当V值很大时，允许存在的模式总数：值很大时，允许存在的模式总数：折射率折射率：光纤纤芯与包层的折射率差越大，光纤中允许存：光纤纤芯与包层的折射率差越大，光纤中允许存在的模式数目越多；在的模式数目越多；引申：光纤端面的引申：光纤端面的接收角接收角越大，光纤中被激励的模式越大，光纤中被激励的模式数目越多；高阶模式对应大的入射角。数目越多；高阶模式对应大的入射角。波长波长：短波长光激励的模式多，存在截止工作波长；：短波长光激励的模式多，存在截止工作波长；光纤半径光纤半径：半径越大允许存在的模式越多。：半径越大允许存在的模式越多。第二十一页，本课件共有64页v7.2.4 7.2.
12、4 光纤中的模式耦合光纤中的模式耦合 光纤中的三类模式光纤中的三类模式 传传导导模模：场场能能量量集集中中在在光光纤纤纤纤芯芯中中沿沿光光纤纤传传播播，在在包包层层中中迅迅速速衰衰减；减；泄漏模：场能量一部分泄漏到包层中，包层中的场是恒定值；泄漏模：场能量一部分泄漏到包层中，包层中的场是恒定值；辐射模：能量从光纤包层向外辐射（不满足全反射条件）辐射模：能量从光纤包层向外辐射（不满足全反射条件）存在条件存在条件第二十二页，本课件共有64页模式耦合模式耦合：不同模式间能量交换：不同模式间能量交换理想光纤理想光纤 V确确定定后后，光光纤纤中中存存在在一一定定数数目目的的传传导导模模式式，这这些些导导
13、模模都都是是麦麦氏氏方方程程组组的的特特解解，彼彼此此独独立立传传播播，相相互之间没有能量交换，即互之间没有能量交换，即没有模式耦合没有模式耦合。实际光纤实际光纤 存存在在缺缺陷陷（纤纤芯芯折折射射率率不不均均、纤纤芯芯包包层层界界面面畸畸变变等等）破破坏坏独独立立传传播播，导导致致各各模模式式间间能能量量交交换换，使使模式幅度发生起伏变化。模式幅度发生起伏变化。第二十三页，本课件共有64页7.2.5 7.2.5 光纤的传输损耗光纤的传输损耗 产生衰减的因素产生衰减的因素v材料吸收材料吸收（杂质离子）（杂质离子）和散射和散射（气泡等缺陷）（气泡等缺陷）v光纤弯曲时造成损耗：光纤弯曲时造成损耗：
14、改变传播路径，能量外泄改变传播路径，能量外泄v光波导散射：光波导散射：粗细不均、截面变形，能量辐射出去粗细不均、截面变形，能量辐射出去光在光纤中传输时会衰减，产生损耗。光在光纤中传输时会衰减，产生损耗。I(Z)=I0e-Z第二十四页，本课件共有64页v包层损失包层损失损耗最低损耗最低第二十五页，本课件共有64页v引起的结果：引起的结果：限制光纤传输光信号的光频带宽，从限制光纤传输光信号的光频带宽，从而限制光纤的传输信息容量；而限制光纤的传输信息容量；v种类：种类：模式色散（各模式传输速度不同）模式色散（各模式传输速度不同）材料色散（不同波长的光传播速度不同）材料色散（不同波长的光传播速度不同）
15、波导色散（不同波长的光波使光纤波导色散（不同波长的光波使光纤V参数发参数发 生变化，相速变化）生变化，相速变化）v光纤的色散：光纤的色散：脉冲展宽现象脉冲展宽现象第二十六页，本课件共有64页7.3 7.3 单模光纤的偏振与双折射单模光纤的偏振与双折射 引言引言v相相位位干干涉涉调调制制型型光光纤纤传传感感器器：信信号号臂臂和和参参考考臂臂中中的光波必须同偏振；的光波必须同偏振；v偏偏振振调调制制型型光光纤纤传传感感器器：为为了了使使光光的的偏偏振振态态随随待待检检测测信信号号线线性性变变化化，要要求求光光波波的的原原始始偏偏振振态态保保持持不不变。变。v因因此此，为为减减小小光光纤纤本本身身相
16、相位位和和偏偏振振态态的的有有害害扰扰动动，需采用需采用单模光纤单模光纤。第二十七页，本课件共有64页1 1 实际单模光纤的偏振特性实际单模光纤的偏振特性 v理理想想情情况况（圆圆截截面面、笔笔直直、无无缺缺陷陷）：两两个个偏偏振振分分量量传传播播常常数数相相等等，相相位位差差保保持持不不变变，始始终终合合成成为为原原来来的的偏振状态。偏振状态。第二十八页，本课件共有64页v实实际际光光纤纤（这这里里研研究究呈呈椭椭圆圆形形界界面面的的均均匀匀笔笔直直光光纤纤）：两两个个模模传传播播常常数数不不同同，传传播播过程中不再保持同相，合成偏振态变化。过程中不再保持同相，合成偏振态变化。第二十九页，本
17、课件共有64页v产生双折射产生双折射v偏振演变周期性重复偏振演变周期性重复v偏振方向上辐射最小偏振方向上辐射最小v垂直于偏振方向泄漏最多垂直于偏振方向泄漏最多第三十页，本课件共有64页2 2 单模光纤的双折射单模光纤的双折射 v光光的的偏偏振振效效应应与与光光的的双双折折射射同同是是介介质质光光学学各向异性的两种表现形式。各向异性的两种表现形式。v单单模模光光纤纤双双折折射射：两两个个本本来来简简并并的的模模式式的的传播常数出现差异。传播常数出现差异。v产产生生双双折折射射的的原原因因：截截面面椭椭圆圆、光光纤纤弯弯曲曲或扭曲、光纤电致或磁致效应或扭曲、光纤电致或磁致效应第三十一页，本课件共有
18、64页3 3 偏振型单模光纤偏振型单模光纤 v低双折射单模光纤低双折射单模光纤：理想圆对称光纤、自旋光纤。：理想圆对称光纤、自旋光纤。v高双折射单模光纤高双折射单模光纤（偏振保持光纤，保偏光纤）（偏振保持光纤，保偏光纤）v绝绝对对单单模模光光纤纤：使使一一个个模模式式截截止止或或提提高高两两模模式式的的消光比消光比第三十二页，本课件共有64页7.4 7.4 光纤的光波调制技术光纤的光波调制技术 引言引言v敏敏感感头头或或传传感感臂臂的的作作用用：通通过过与与待待测测对对象象相相互互作作用用，将将待待测测信信息息传传递递到到光光纤纤内内的的导导光光波波中中，或或将信息加载于光波之上。将信息加载于
19、光波之上。v上述过程成为上述过程成为光波调制光波调制。v强强度度调调制制、相相位位调调制制、偏偏振振调调制制、频频率率调调制制、光光谱（颜色）调制谱（颜色）调制第三十三页，本课件共有64页7.4.1 7.4.1 光强度调制光强度调制 1 透射机制透射机制v光光强强度度调调制制器器组组成成：固固定定光光纤纤+移移动动光光纤纤，隔开一小段距离。隔开一小段距离。第三十四页，本课件共有64页v原原理理：光光纤纤移移动动导导致致透透射射到到接接收收光光纤纤中中的的光光强强发发生规律变化。生规律变化。v作用：测量能造成光纤移动的物理量。作用：测量能造成光纤移动的物理量。第三十五页，本课件共有64页受抑全反
20、射透射光强调制受抑全反射透射光强调制X较大：光纤内部光全反射较大：光纤内部光全反射X较小（光波长量级）：全反较小（光波长量级）：全反射受到抑制，大部分光功率耦射受到抑制，大部分光功率耦合到另一光纤中去合到另一光纤中去第三十六页，本课件共有64页2 反射机制反射机制v光光强强度度调调制制器器组组成成：发发送送光光纤纤+接接收收光光纤纤+反射体。反射体。v作用作用：探测反射体位置的变化。：探测反射体位置的变化。第三十七页，本课件共有64页3 周期微弯机制周期微弯机制v原原理理：将将纤纤芯芯中中的的传传输输导导模模耦耦合合入入辐辐射射模模，光光纤纤中中的的透射光强和逸出光纤的辐射光强发生变化。透射光
21、强和逸出光纤的辐射光强发生变化。v作用作用：探测位移。：探测位移。有效光强调制有效光强调制第三十八页，本课件共有64页4 光纤功能机制光纤功能机制v特点特点：无需借助外界变化；无需借助外界变化；v原理原理：利用光纤纤芯材料的：利用光纤纤芯材料的化学性质化学性质变化实现光强调制；变化实现光强调制；v主要机制主要机制：吸收、散射、荧光、折射率变化和偏振。：吸收、散射、荧光、折射率变化和偏振。v例例如如吸吸收收机机制制，在在光光纤纤中中掺掺入入产产生生吸吸收收光光谱谱的的材材料料，一一些些吸吸收收峰峰对对温温度度敏敏感感，另另一一些些吸吸收收峰峰对对温温度度不不敏敏感感，两种波长处的光强之比可作为两
22、种波长处的光强之比可作为温度温度的传感函数。的传感函数。第三十九页，本课件共有64页7.4.2 7.4.2 光相位调制及干涉测量法光相位调制及干涉测量法 v特点特点：灵敏度高：灵敏度高v相位调制机制相位调制机制 物物理理因因素素：应应力力应应变变效效应应和和由由温温度度变变化化引引起起的的热胀冷缩效应。热胀冷缩效应。第四十页，本课件共有64页1 应力应变效应应力应变效应 施加于光纤纵向（轴向）的应力产生三方面的相位调制效应：施加于光纤纵向（轴向）的应力产生三方面的相位调制效应：v光光纤纤长长度度变变化化产产生生纵纵向向应应变变，直直接接导导致致光光波波相相位位变变化；化；v光光纤纤直直径径变变
23、化化产产生生横横向向泊泊松松应应变变，进进而而导导致致波波数数变变化，最终导致相位变化；化，最终导致相位变化；v光光纤纤纵纵、横横向向应应变变产产生生二二次次效效应应光光弹弹效效应应，导导致致折射率折射率变化，从而导致相位变化。变化，从而导致相位变化。2 热胀冷缩机制热胀冷缩机制 第四十一页，本课件共有64页干涉测量原理干涉测量原理v光波干涉条纹记录了光波干涉条纹记录了相位相位，相位变化时干涉条纹会运动，相位变化时干涉条纹会运动，记录干涉条纹的移动数目，就测得了相位变化量，也就测记录干涉条纹的移动数目，就测得了相位变化量，也就测得了导致相位变化物理量。得了导致相位变化物理量。v干涉仪由两臂组成
24、：干涉仪由两臂组成：v参考臂：参考臂：提供相位基准；提供相位基准；v传感臂：传感臂：敏感待测物理量（声、力、电磁、温度等）的敏感待测物理量（声、力、电磁、温度等）的变化，进行光相位调制变化，进行光相位调制第四十二页，本课件共有64页几种干涉仪及其光纤结构几种干涉仪及其光纤结构第四十三页，本课件共有64页7.4.3 7.4.3 偏振调制偏振调制 v调制机制调制机制：电光效应、磁光效应、光弹效应：电光效应、磁光效应、光弹效应v作用作用：用于快速电场、电压的传感测量：用于快速电场、电压的传感测量v普克尔效应普克尔效应线性电光效应线性电光效应v克尔效应克尔效应平方电光效应平方电光效应v法拉第效应法拉第
25、效应磁致旋光效应磁致旋光效应v光弹效应：光纤在正交方向上受到压力差作用光弹效应：光纤在正交方向上受到压力差作用 第四十四页，本课件共有64页7.4.4 7.4.4 频率调制频率调制 v调调制制机机制制：光光学学多多普普勒勒效效应应：光光源源和和探探测测器器都都不不动动，但但探探测测器器探探测测从从运运动动体体散散射射或或反反射射来来的的光光波波频频率率同同样样也也是是变变化化的的。光光频频率率的的变变化化量量称称为为多多普普勒勒频频移移。v作用：感知流体速度作用：感知流体速度第四十五页，本课件共有64页v原理：测得多普勒频移，即可求得流体速度原理：测得多普勒频移，即可求得流体速度;v典型应用：
26、医学上对血液流动的测量。典型应用：医学上对血液流动的测量。第四十六页，本课件共有64页7.4.5 7.4.5 颜色（光谱）调制颜色（光谱）调制 颜色调制颜色调制：传感头的光谱特性随外界物理量变化的效应。：传感头的光谱特性随外界物理量变化的效应。调制机制：调制机制：v热热色色效效应应：某某些些物物质质的的光光吸吸收收谱谱强强烈烈地地随随温温度度而而变变化化，温温度度传传感元件；感元件；v黑黑体体辐辐射射效效应应：光光纤纤中中热热点点本本身身的的黑黑体体热热辐辐射射随随温温度度变变化化而而变变化，在高温传感中广泛应用；化，在高温传感中广泛应用；v荧荧光光效效应应：荧荧光光特特性性与与温温度度相相关
27、关，测测量量荧荧光光特特性性的的变变化化可可检检测温度；测温度；v透透明明度度效效应应：某某些些化化学学指指示示剂剂的的透透明明度度在在红红光光区区对对溶溶液液的的pH值值敏敏感。感。第四十七页，本课件共有64页7.5 7.5 光纤传感器光纤传感器 7.5.1 光纤温度传感器光纤温度传感器v半导体光吸收型光纤温度传感器（传光型）半导体光吸收型光纤温度传感器（传光型）第四十八页，本课件共有64页v热色效应光纤温度传感器（传光型）热色效应光纤温度传感器（传光型）热色效应：许多无机溶液的颜色随热色效应：许多无机溶液的颜色随温度而变化，因而溶液的光吸收谱温度而变化，因而溶液的光吸收谱线也随温度而变化。
28、线也随温度而变化。敏感信号敏感信号655nm光透过率几乎与温度成线性关系光透过率几乎与温度成线性关系参考信号参考信号800nm几乎与温度无关几乎与温度无关第四十九页，本课件共有64页第五十页，本课件共有64页v光纤温度开关传感器（功能型）光纤温度开关传感器（功能型）原理：原理：若光纤纤芯和包层材料若光纤纤芯和包层材料折射率随温度折射率随温度变化，且在变化，且在某一温度下出现交叉，光某一温度下出现交叉，光能进入包层。温度再升高，能进入包层。温度再升高，纤芯中光能量传输中断，纤芯中光能量传输中断，传感器报警。传感器报警。优点：优点：传感器电绝缘，不怕强传感器电绝缘，不怕强电磁干扰，可用于大型发电电
29、磁干扰，可用于大型发电机、电动机及变压器中进行机、电动机及变压器中进行温度控制。温度控制。第五十一页，本课件共有64页v掺杂光纤温度传感器（功能型）掺杂光纤温度传感器（功能型）原理：原理：掺杂稀土元素的玻璃光纤，产生温度敏感的吸收光掺杂稀土元素的玻璃光纤，产生温度敏感的吸收光谱。谱。840860第五十二页，本课件共有64页 7.5.2 光纤压力传感器光纤压力传感器v微弯式光纤压力传感器（功能型）微弯式光纤压力传感器（功能型）剥模器作用：吸收进入光纤包层的光，以免干扰测量结果。例剥模器作用：吸收进入光纤包层的光，以免干扰测量结果。例如在几厘米长的光纤外面涂上黑炭。如在几厘米长的光纤外面涂上黑炭。
30、第五十三页，本课件共有64页 7.5.3 光纤流量流速传感器光纤流量流速传感器v压差流量传感器压差流量传感器利用光纤压力传感器实现流量测量。利用光纤压力传感器实现流量测量。原理：减小流体流原理：减小流体流过的横截面积将对过的横截面积将对流体产生流阻，当流体产生流阻，当流体通过时，产生流体通过时，产生压力差；压力差的压力差；压力差的变化正比于流量大变化正比于流量大小。小。第五十四页，本课件共有64页v光纤激光多普勒测速计光纤激光多普勒测速计典型应用：光纤血流计典型应用：光纤血流计红血球作为运动体散射回光纤，红血球作为运动体散射回光纤，产生多普勒频移，通过检测产生多普勒频移，通过检测频移量，可求出
31、血流速度。频移量，可求出血流速度。第五十五页，本课件共有64页7.5.4 光纤位移传感器光纤位移传感器v通过对位移的测量，通过对位移的测量，可知物体表面粗糙度、可知物体表面粗糙度、曲率半径、倾斜度、曲率半径、倾斜度、转动、振动情况等。转动、振动情况等。第五十六页，本课件共有64页芯距最小，近距离灵敏度高芯距最小，近距离灵敏度高芯距最大，近距离灵敏度最差芯距最大，近距离灵敏度最差峰值前沿消失峰值前沿消失第五十七页，本课件共有64页移动球镜光纤位移传感器移动球镜光纤位移传感器v球透镜在平衡位球透镜在平衡位置时，两个接收光置时，两个接收光纤得到的光强相等；纤得到的光强相等；v如果球镜在垂直如果球镜在
32、垂直于光路的方向上产于光路的方向上产生微小位移，两接生微小位移，两接收光强比值的对数收光强比值的对数值与球镜位移量呈值与球镜位移量呈线性关系，与初始线性关系，与初始光强无关。光强无关。第五十八页，本课件共有64页全内反射液位光纤传感器全内反射液位光纤传感器v探头顶端装有圆锥体反射器；探头顶端装有圆锥体反射器；v光光探探头头接接触触液液面面，全全内内反反射射被被破破坏坏，返返回回光光强强是是液液体体折折射率的线性函数。射率的线性函数。v探头接触液体时，返回光强突变。探头接触液体时，返回光强突变。第五十九页，本课件共有64页光纤振动传感器光纤振动传感器v物物体体振振动动，光光程程改改变变，信信号号
33、光光和和参参考考光光相相位位差差改改变变，是是相相位调制。位调制。信号光束：振动体信号光束：振动体P反反射回来的光束射回来的光束参考光束：光纤探头端面参考光束：光纤探头端面R上直接反射回来的光束上直接反射回来的光束第六十页，本课件共有64页7.5.5 光纤电磁参量传感器光纤电磁参量传感器v 电光效应光纤传感器电光效应光纤传感器用探测器测量输出光强即可直接测量电压用探测器测量输出光强即可直接测量电压V第六十一页，本课件共有64页v法拉第光纤电流传感器法拉第光纤电流传感器测出信号处理系统的输出电压测出信号处理系统的输出电压V，即可得到待测电流，即可得到待测电流I第六十二页，本课件共有64页本章重点v光纤的传输特性；光纤的传输特性；v光纤中的模式和模式耦合；光纤中的模式和模式耦合；v单模光纤的偏振；单模光纤的偏振；v光纤的光波调制技术。光纤的光波调制技术。第六十三页，本课件共有64页感感谢谢大大家家观观看看28.02.2023第六十四页，本课件共有64页