光纖傳感概念重點(diǎn)

1、光纖傳感器gua ngxia n chua nganqi光纖傳感器optical fiber transducer通過光導(dǎo)纖維把輸入變量轉(zhuǎn)換成調(diào)制的光信號(hào)的傳感器。光纖傳感器的測(cè)量原理有兩種：一種是被測(cè)參數(shù) 引起光導(dǎo)纖維本身傳輸特性變化，即改變光導(dǎo)纖維環(huán)境如應(yīng)變、壓力、溫度等，從而改變光導(dǎo)纖維中光傳播 的相位和強(qiáng)度，這時(shí)測(cè)量通過光導(dǎo)纖維的光相位或光強(qiáng)度變化，就可知道被測(cè)參數(shù)的變化；另一種是以激光 器或發(fā)光二極管為光源，用光導(dǎo)纖維作為光傳輸通道，把光信號(hào)載送入或載送出敏感元件，再與其他相應(yīng)敏 感元件配合而構(gòu)成傳感器。前者屬于物性型傳感器，后者屬于結(jié)構(gòu)型傳感器。這兩種傳感器在自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 中都有應(yīng)

2、用。發(fā)展背景 為了檢測(cè)和處理種類繁多的信息，需要用傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成便于處理的輸出信號(hào)形式，并 送往有關(guān)設(shè)備。在這個(gè)過程中采用光信號(hào)比電信號(hào)有很大的優(yōu)越性。用光纖傳輸光信號(hào)，能量損失極小，而且光纖的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、橫截面小，同時(shí)又具有防噪聲、不受電磁干擾、無(wú)電火花、無(wú)短路負(fù)載和耐高溫等優(yōu) 點(diǎn)。因此70年代末光纖通信技術(shù)興起，光纖傳感器也獲得迅速發(fā)展。分類光纖傳感器按照使用的光纖不同，通常分為多模光纖傳感器和單模光纖傳感器兩大類。光纖芯內(nèi)折 射率分布對(duì)傳輸頻帶寬度的影響很大。可以傳輸多種傳輸模的稱為多模光纖，傳輸頻帶寬度可達(dá)30兆赫至數(shù)百兆赫。芯子與包層極細(xì)的一種光導(dǎo)纖維（芯子與包層間折射率差值

3、很小）只能傳輸一種傳輸模，稱為單 膜光纖，傳輸頻帶寬度高達(dá)10吉赫。多模光纖傳感器又分為傳光型和光強(qiáng)調(diào)制型兩種，單模光纖傳感器則 分為偏振調(diào)制型和相位調(diào)制型兩種。 傳光型光纖傳感器 以多模光導(dǎo)纖維來(lái)傳輸光信號(hào)，根據(jù)光接受強(qiáng)度不同進(jìn)行測(cè)量，而對(duì)被測(cè)參數(shù)起檢 測(cè)作用的是其他敏感元件。這種傳感器多用于工業(yè)檢測(cè)液位、壓力、形變、溫度、流速、電流、磁場(chǎng)等。它的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，缺點(diǎn)是靈敏度低。圖1光纖液位傳感器1光纖液位傳感晏為光纖液位傳感器的和應(yīng)變測(cè)量、機(jī)械振動(dòng)測(cè)量等方面圖5光纖陀螺儀原理圖原理示意圖 光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器在壓力作用下光纖產(chǎn)生微彎變形導(dǎo)致光強(qiáng)度變化，從而引起光纖傳

4、輸損耗的改變，并由吸收、發(fā)射或折射率變化來(lái)調(diào)制發(fā)射光，可制成微彎效應(yīng)的光纖壓力傳感器（圖2微彎效應(yīng)光纖 垂直方向上加有壓力時(shí)，光纖產(chǎn)生微彎變形，光波導(dǎo)方式改變，傳輸損耗增加。這種傳感器具有較高的靈敏 度。此外，利用光學(xué)編碼盤配合光纖可制成數(shù)字式光纖壓力傳感器。壓力傳感器旋轉(zhuǎn)光盤O方式儀扳圖2徴彎效宜光紓壓力傳昭器）。由于齒板的作用，在沿光纖光軸的 偏振調(diào)制型光纖傳感器 單模光導(dǎo)纖維的偏振特性極易受到外界各種物理量的影響，如在高電場(chǎng)下的克爾效應(yīng)和在強(qiáng)磁場(chǎng)下的法拉第效應(yīng)，利用這一原理可制成大電流、高電壓測(cè)試傳感器（圖3偏振光面變化檢測(cè)原理圖圖3備箱光詢芟比檢測(cè)原理圖 相位調(diào)制型光纖傳感器用單模光導(dǎo)

5、纖維構(gòu)成干涉儀，外界各種物理量的影響因素能導(dǎo)致光導(dǎo)纖維中光程的變化，從而引起干涉條紋的變動(dòng)。圖4干涉儀式光纖溫度傳感器F涉殺紋分允藩圖4干涉儀戎光纖溫度傳卷器為干涉儀式光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)原理。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準(zhǔn)光路，另一為測(cè)量光路。外界溫度（或壓力、振動(dòng) 等）引起光纖長(zhǎng)度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù), 就可測(cè)量溫度或壓力等。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是有極高的靈敏度，主要用于光纖陀螺、光纖水聽器、動(dòng)態(tài)壓力圖5光纖陀嫖儀原逼圖為光纖陀螺儀的基本光學(xué)系統(tǒng)圖S1、BS2是兩個(gè)半透鏡，激光透過BS1在BS2被分為兩路，各自通過聚光鏡分別沿著單模光導(dǎo)纖維環(huán)向左右 兩個(gè)方向進(jìn)行。當(dāng)兩路光重新抵達(dá) BS2之后，便被導(dǎo)入同軸光路并在F1上產(chǎn)生干涉，然后求出環(huán)面在慣性空 間的轉(zhuǎn)速。兩路光在BS1也被導(dǎo)入同軸光路，在F2產(chǎn)生的干涉也被用于計(jì)算轉(zhuǎn)速。