《光纖微彎傳感器》PPT課件

光纖傳感器及應(yīng)用班級：光電08305班組員：占志武祝李余新旺指導(dǎo)老師：張森時間：2010.10.8,光纖微彎傳感器,任務(wù)目標(biāo),掌握光纖微彎傳感器原理掌握光纖微彎傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成掌握光纖微彎傳感器探頭的設(shè)計與制作了解光纖微彎傳感器的相關(guān)應(yīng)用,一、光纖微彎傳感器的簡單介紹,當(dāng)光纖狀態(tài)發(fā)生變化時，會引起光纖中的模式耦合，其中有些導(dǎo)波模變成了輻射模，從而引起損耗，這就是微彎損耗，光纖的微彎損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的宏彎損耗，光纖既傳光又傳感，可劃分為傳感型光纖傳感器。微彎式光纖傳感器是根據(jù)光纖微彎變形引起纖芯或包層中傳輸?shù)墓廨d波強度變化的原理制成的全光纖型傳感器。微彎式傳感技術(shù)可分為亮場型和暗場型兩種。前者是通過對光纖芯中光強度的變化來實現(xiàn)信號能量的轉(zhuǎn)換；而后者則檢測包層中的光信號。光纖微彎傳感器通過外界因素導(dǎo)致光纖發(fā)生微彎變化，進而導(dǎo)致光纖傳輸光強變化來反映或者測量待測量變化，屬于非功能型光纖傳感器。,二、光纖微彎傳感器的基本原理分析彎曲損耗的機理現(xiàn)代光纖最重要的優(yōu)點之一就是它的易彎曲性，如果光纖彎曲的曲率半徑太小，將引起光的傳播途徑的改變，使光從纖芯滲透到包層，甚至有可能穿過包層向外滲漏。在正常情況下，光在光纖里沿軸向傳播的常數(shù)應(yīng)滿足：n2k0n1k0。當(dāng)光纖彎曲時，光在彎曲部分中進行傳輸，要想保持同相位的電場和磁場在一個平面里，則越靠近外側(cè)，其速度就會越大。當(dāng)傳到某一位置時，其相速度就會超過光速，這意味著傳導(dǎo)模要變成輻射模，所以，光束功率的一部分會損耗掉，這也就意味著衰減將會增加。光纖成纜、現(xiàn)場敷設(shè)、光纜接頭等場合都會引起光纖的彎曲損耗。,微彎損耗的機理所謂微彎損耗就是光纖受到不均勻應(yīng)力的作用，例如受到側(cè)壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產(chǎn)生微小不規(guī)則彎曲，其結(jié)果是傳導(dǎo)模變換為輻射模而導(dǎo)致光能損耗。微彎是一些隨機的、曲率半徑可以與光纖的橫截面尺寸相比擬的畸變。纖芯包層接口在幾何上的不完善可能會造成在相應(yīng)區(qū)域上微觀的凸起或凹陷。盡管光是在光纖的直分段中傳輸，光束碰到這些不完善的地方會改變其方向。光束最初以臨界傳播角傳輸，經(jīng)過在這些不完善點處的反射以后，傳播角會發(fā)生變化，結(jié)果就是不再滿足全內(nèi)反射條件，部分光被折射掉，即泄露出纖芯，這就是微彎損耗的機制。單模光纖中的微彎損耗是依賴于波長的，即單模光纖對微彎損耗的敏感性隨著波長的增加會有少量的增長，產(chǎn)生這種變化的物理原因是因為較長的波長會使MFD增加，從而使更多的功率輻射到纖芯外。,微彎效應(yīng)光纖的彎曲將會引起光纖中的傳導(dǎo)模與輻射模之間產(chǎn)生耦合，從面使一部分導(dǎo)模泄漏到包層中去，通過檢測光纖中的傳導(dǎo)光功率或包層中輻射模功率的變化，就能測出位移或壓力大小。引起微彎板變化的物理量有溫度、壓力、位移等。,光模式強度調(diào)制原理當(dāng)光纖之間狀態(tài)發(fā)生變化時，會引起光纖中的模式耦合，其中有些導(dǎo)波模變成了輻射模，從而引起損耗，這就是微彎損耗。在光纖微彎傳感器中，微彎處一般彎曲成正弦狀，設(shè)微彎部分的空間周期為，振幅為A，如下圖所示,兩個模的傳播常數(shù)分別為和，當(dāng)=-=2/相位失配為零，模間精合達(dá)到最佳。,當(dāng)光纖之間狀態(tài)發(fā)生變化時，會引起光纖中的模式耦合，其中有些導(dǎo)波模變成了輻射模，從而引起損耗，,變形器的位移改變了彎曲處的模振幅，從而產(chǎn)生強度調(diào)制。對于拋物線(或平方律或梯度)折射率分布的光纖變形器的臨界空間周期為,對于階躍光纖,三、光纖傳感器的應(yīng)用,光纖微彎壓力傳感器微彎光纖水聲傳感器微彎光纖位移傳感器基于OTDR用于工程監(jiān)測的光纖微彎應(yīng)變傳感器在復(fù)合材料成型表征中的應(yīng)用光纖微彎型懸梁傳感器用于編織復(fù)合材料應(yīng)變檢測,彎曲損耗的利用（1）模式過濾器：過濾就是對高級模式的去除，只要彎曲一下，光纖就可以作為模式過濾器。（2）衰減器：衰減器是在控制狀態(tài)下減少傳輸功率的裝置。有一類衰減器只要將用于傳輸?shù)墓饫w轉(zhuǎn)幾圈就可以了，根本不需要引入外部器件，使用這種衰減器，可以通過控制光纖以給定的半徑所轉(zhuǎn)的圈數(shù)來控制衰減量。（3）熔接機：使用彎曲損耗來控制熔接質(zhì)量。熔接是通過將光纖的端面熔化后將兩根光纖連接在一起的過程，這個過程與金屬焊接過程類似。（4）光纖識別儀：光纖識別儀是一種利用光纖彎曲效果的儀器。當(dāng)將一根光纖彎曲時,有些光會從光纖中輻射出來，這些光就會被光纖識別儀檢測到，在不切斷光纖、不中斷通信的條件下，技術(shù)人員根據(jù)這些光可以將多芯光纖或單根光纖從其他光纖中識別出來，并檢測光的狀態(tài)及方向。大多數(shù)的光纖識別儀用于波長為1310nm或1550nm的單模光纖光纜。,光纖微彎損耗效應(yīng)在檢測與自控技術(shù)中的幾種應(yīng)用（1）光纖微彎及多圈螺旋式傳感器光纖微彎可有多種彎曲變形形式,當(dāng)被測物受到外界影響時，光纖發(fā)生彎曲變形，通過檢測光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β首兓慷ǔ霰粶y量。為了提高靈敏度，將微彎曲傳感光纖做成多圈螺旋管狀。（2）齒條式傳感器這種傳感器結(jié)構(gòu)的形式，可適當(dāng)選擇齒條式傳感器的齒間周期，使之與光纖導(dǎo)波模間的傳播系數(shù)相當(dāng)，滿足條件=2。當(dāng)外界因素使變形器產(chǎn)生位移時，嵌入其中的光