光纖傳感器+紅外傳感器課件

8.5光纖傳感器81光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的基本原理保護層護套包層纖芯石英光纖及刨品圖8-40光纖的基本結(jié)構(gòu)光纖傳感器+紅外傳感器8.5光纖傳感器81光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的基本原理保護層護套包層纖芯石英光纖及刨品圖8-40光纖的基本結(jié)構(gòu)8.5光纖傳感器81光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的基本原理1.光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)如圖840所示纖芯,玻璃或石英,直徑Φ為幾十微米,折射率n1;包層,玻璃或塑料,Φ=100-200um,折射率n2;保護層,塑料,折射率n3;其中n2<m3<1,故稱為階躍型光纖,光在纖芯中傳播此外還有一種梯度型光纖,其斷面折射率分布從中央高折射率逐步變化到包皮的低折射率保護層圖840光纖的基本結(jié)構(gòu)臨界角0a8.5光纖傳感器2.光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光原理光纖導(dǎo)光是利用光傳輸?shù)娜瓷湓?如圖8-4所示包層纖芯圖8-41光纖導(dǎo)光示意圖8.5光纖傳感器81光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的基本原理1.光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)如圖840所示纖芯,玻璃或石英,直徑Φ為幾十微米,折射率n1;包層,玻璃或塑料,Φ=100-200um,折射率n2;保護層,塑料,折射率n3;其中n2<m3<1,故稱為階躍型光纖,光在纖芯中傳播此外還有一種梯度型光纖,其斷面折射率分布從中央高折射率逐步變化到包皮的低折射率保護層圖840光纖的基本結(jié)構(gòu)臨界角0a8.5光纖傳感器2.光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光原理光纖導(dǎo)光是利用光傳輸?shù)娜瓷湓?如圖8-4所示包層纖芯圖8-41光纖導(dǎo)光示意圖8.5光纖傳感器由幾何光學(xué)的折射定律可得出nosing=nsine(8-10)sinek=n,r(8-11)由以上兩式可以推出sin8=(n,/no)sin,=(n,/no)sin(o0-02)-sino(8-12)b幾1SInn2-n2sim2O,(空氣空氣折射率n0≈1)8.5光纖傳感器當(dāng)01=m/2臨界狀態(tài)時,0=0,折射光線CK變?yōu)镃G,式(8-12)變?yōu)镹A(8-13)纖維光學(xué)中把sn定義為“數(shù)值孔徑”NA(NumericalAperture)。由于n1與n2相差較小,即n1+n2≈2m1,則式(813)又變?yōu)镸A=sinO≈n√2△式中,△=(n1-n2)/1,稱為相對折射率差。由此可得91=90°時,sine1=sine=NA,0=resina;01>90時,光線發(fā)生全反射,0<0=aresinNA1<909時,式(8-12)成立,可以看出sine;>sine=NA,01>aresinNA,光線散失。85光纖傳感器0是入射光線在纖芯中全反射傳輸?shù)呐R界角,只要入射角小于θ,全反射條件成立。NA越大,θ也越大,滿足全反射條件的入射光的范圍也越大。因此,NA是光纖的一個重要參數(shù)。傳感器所用光纖一般要求:02≤NAs04(1l5°≤0≤23.6°);傳輸損耗<10dB/km。光纖的“?！惫饫w中能傳輸?shù)墓獠ㄊ瞧錂M向分量在光纖中形成駐波的光線組。這樣一些光線組稱為“?！?。通信技術(shù)上常用的光纖模式·單模(基模)光纖:Φ5-10μm纖芯,只能傳輸一個模式(基模)的光波;85光纖傳感器光在光纖中的傳播ecy8.5光纖傳感器852光纖傳感器的結(jié)構(gòu)和類型結(jié)構(gòu):光纖傳感器一般由光源、敏感元件、光纖、光敏元件(光電接收)和信號處理系統(tǒng)組成類型●按工作原理分類1.功能型光纖傳感器利用光纖本身的某種特性或功能制成的傳感器,如圖8-42(a)所示。功能型光纖傳感器只能用單模光纖。2.傳光型光纖傳感器光纖僅僅起傳輸光波的作用,必須在光纖端面加裝其它敏感元件,才能構(gòu)成傳感器,如圖842(b)所示。傳光型光纖傳感器主要采用多模光纖。8.5光纖傳感器被測對象光源光導(dǎo)纖維敏感元件光敏元件L光源光導(dǎo)纖維被測對象測得信息被測對象光敏元件光導(dǎo)纖維敏感元件得信息光敏元件發(fā)光元測得信息b)圖8-42光纖傳感器類型(a)功能型;(b)傳光型8.5光纖傳感器●按對光波的調(diào)制方式分類:1強度調(diào)制型光纖傳感器利用被測對象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化,而導(dǎo)致光強度變化來實現(xiàn)敏感測量的傳感器2相位調(diào)制型光纖傳感器利用被測對象對敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化,而導(dǎo)致光的相位變化,然后用