光纤 激光传感器共70页
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光纤温传感器PPT教案
。
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光纤温度传感器
光纤用于温度测量的机理与结构 形式多种多样，按光纤所起的作 用基本上可分为两大类：一类是 传光型，这类传感器仅由光纤的 几何位置排布实现光转换功能； 另一类是传感型，它以光的相位、 波长、强度（干涉）等为测量信
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号。
光纤温度传感器
光纤温度传感器的测温机理及特点下表10.1 传光型光纤温度传感器：使用电子式敏感器件，光纤仅为信号的传输通道； 传感型光纤温度传感器：利用其本身具有的物理参数随温度变化的特性检测温度，
图10.8 三对光纤材料的折射率交叉点
第25页/共74页
10.3.2 掺杂光纤温度传感器
掺杂稀土元素（如钕、铕）
的玻璃光纤，具有温度敏感的吸
收
光
谱
，
在
两
个
波长处具有单调 在840 nm波长处，吸收随 温度升高而减少；在860 nm
温度函数特性，如图处而则增1相加0反。.9，在所吸50收0示℃随处温。进度行升校高
第30页/共74页
我们着 重讨论 已经比 较成熟 的固定 黑体腔 光纤高 温传感 器，其 构成原 理如图 10.10 所示。
10.3.3 热辐射光纤高温传感器
这种传感器主要包括三大部分：带黑 体腔的 高温单 晶蓝宝 石(α-Al2O3)光 纤（其 熔化点 温度为 2050℃ ）、传 送待测 热辐射 功率的 低温多 模光纤 和光电 数据处 理系统 。
第13页/共74页
溶液的光吸收频谱如图10.3
10.2.2 热色效应光纤温度传感器
从图10.3可见，在25℃ ~ 75℃之间的不同温度下，波 长在400 ~ 800nm范围内有强 烈的热色效应。在655 nm波 长处，光透射率几乎与温度 成线性关系，而在800 nm处 ，几乎与温度无关。同时， 这样的热色效应是完全可逆 的，因此可将这种溶液作为 温度敏感探头，并分别采用 波长为655 nm和800 nm的光
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光纤温度传感器
光纤用于温度测量的机理与结构 形式多种多样，按光纤所起的作 用基本上可分为两大类：一类是 传光型，这类传感器仅由光纤的 几何位置排布实现光转换功能； 另一类是传感型，它以光的相位、 波长、强度（干涉）等为测量信
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号。
光纤温度传感器
光纤温度传感器的测温机理及特点下表10.1 传光型光纤温度传感器：使用电子式敏感器件，光纤仅为信号的传输通道； 传感型光纤温度传感器：利用其本身具有的物理参数随温度变化的特性检测温度，
图10.8 三对光纤材料的折射率交叉点
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10.3.2 掺杂光纤温度传感器
掺杂稀土元素（如钕、铕）
的玻璃光纤，具有温度敏感的吸
收
光
谱
，
在
两
个
波长处具有单调 在840 nm波长处，吸收随 温度升高而减少；在860 nm
温度函数特性，如图处而则增1相加0反。.9，在所吸50收0示℃随处温。进度行升校高
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我们着 重讨论 已经比 较成熟 的固定 黑体腔 光纤高 温传感 器，其 构成原 理如图 10.10 所示。
10.3.3 热辐射光纤高温传感器
这种传感器主要包括三大部分：带黑 体腔的 高温单 晶蓝宝 石(α-Al2O3)光 纤（其 熔化点 温度为 2050℃ ）、传 送待测 热辐射 功率的 低温多 模光纤 和光电 数据处 理系统 。
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溶液的光吸收频谱如图10.3
10.2.2 热色效应光纤温度传感器
从图10.3可见，在25℃ ~ 75℃之间的不同温度下，波 长在400 ~ 800nm范围内有强 烈的热色效应。在655 nm波 长处，光透射率几乎与温度 成线性关系，而在800 nm处 ，几乎与温度无关。同时， 这样的热色效应是完全可逆 的，因此可将这种溶液作为 温度敏感探头，并分别采用 波长为655 nm和800 nm的光
光纤和激光传感器ppt课件
半屈式内镜阶段（1932～1957）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 1954年，英国的Hopkins和Kapany发明了光导纤维技 术。
• 1911年Elsner对Rosenhein式胃窥镜作了改进， 在前端加上橡皮头做引导之用，但透镜脏污后 便无法观察成为主要缺陷，Elsner式胃镜1932 年以前仍处于统帅地位。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 功能型光纤（光纤传感器）
– 可以测量的物理信息种类：声、振动、温度、磁、 旋转等
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
3.9.1 光纤传感器
• 1）
•
纤芯为石英玻璃等材料制成的导光纤维细丝，直
• 最初Bozzine研制的第一台硬管内镜以烛光为 光源，后来改为灯泡作光源，而当今从内镜获 得的是彩色相片或彩色电视图像。这图像不再 是组织器官的普通影像，而是如同在显微镜下 观察到的微观像，微小病变清晰可辨，其影像 质量已达到了较高的水平。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 光在光纤内经过若干次的全反射,光就能从光纤的一端 以光速传播到另一端,这就是光纤传光的基本原理
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 1954年，英国的Hopkins和Kapany发明了光导纤维技 术。
• 1911年Elsner对Rosenhein式胃窥镜作了改进， 在前端加上橡皮头做引导之用，但透镜脏污后 便无法观察成为主要缺陷，Elsner式胃镜1932 年以前仍处于统帅地位。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 功能型光纤（光纤传感器）
– 可以测量的物理信息种类：声、振动、温度、磁、 旋转等
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
3.9.1 光纤传感器
• 1）
•
纤芯为石英玻璃等材料制成的导光纤维细丝，直
• 最初Bozzine研制的第一台硬管内镜以烛光为 光源，后来改为灯泡作光源，而当今从内镜获 得的是彩色相片或彩色电视图像。这图像不再 是组织器官的普通影像，而是如同在显微镜下 观察到的微观像，微小病变清晰可辨，其影像 质量已达到了较高的水平。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 光在光纤内经过若干次的全反射,光就能从光纤的一端 以光速传播到另一端,这就是光纤传光的基本原理
光纤传感器介绍
2021/12/2
氙闪光灯
触发 电极
激光束 聚光器 红宝石棒Al 2O3
2
光纤传感器的发展
但是在当时,光纤传感器真正投入实际应用的却不多,这主 要是因为与传统的传感技术相比,光纤传感器的优势是本 身的物性特性而不是功能特性.
因此,光纤传感技术的重要应用之一是利用光纤质轻、径 细、强抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小,集信 息传感与传输于一体等特点,解决常规检测技术难以完全 胜任的测量问题.
号传输.
21
光纤传感器的分类——相位调制型
相位调制型光纤传感器：
是利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播 常数发生变化,而导致光的相位变化,使两束单色光所产生的干涉条纹 发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量,从而得 到被测对象的信息.
通常有利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效 应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器以及利用 光纤赛格纳克[Sagnac]效应的旋转角速度传感器[光纤陀螺]等.
强度调制型光纤传感器：
是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射 等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器.
有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性；振动膜或液晶的反 射光强度的变化；物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的 现象；以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度 、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器.
2021/12/2
19
法拉第效应
许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的平面偏振光的偏 振方向旋转,这种现象称为磁致旋光效应或法拉第效应.
向 传播方
振动面 线偏振光
2021/12/2
氙闪光灯
触发 电极
激光束 聚光器 红宝石棒Al 2O3
2
光纤传感器的发展
但是在当时,光纤传感器真正投入实际应用的却不多,这主 要是因为与传统的传感技术相比,光纤传感器的优势是本 身的物性特性而不是功能特性.
因此,光纤传感技术的重要应用之一是利用光纤质轻、径 细、强抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小,集信 息传感与传输于一体等特点,解决常规检测技术难以完全 胜任的测量问题.
号传输.
21
光纤传感器的分类——相位调制型
相位调制型光纤传感器：
是利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播 常数发生变化,而导致光的相位变化,使两束单色光所产生的干涉条纹 发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量,从而得 到被测对象的信息.
通常有利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效 应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器以及利用 光纤赛格纳克[Sagnac]效应的旋转角速度传感器[光纤陀螺]等.
强度调制型光纤传感器：
是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射 等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器.
有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性；振动膜或液晶的反 射光强度的变化；物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的 现象；以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度 、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器.
2021/12/2
19
法拉第效应
许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的平面偏振光的偏 振方向旋转,这种现象称为磁致旋光效应或法拉第效应.
向 传播方
振动面 线偏振光
2021/12/2
光纤 激光传感器
光纤传感器
一、光纤传感器发展概况 二、光导纤维的结构和传输原理
三、光纤传感器的工作原理
四、光导纤维的主要参数
五、光纤传感器的应用
光纤传感器
光纤——光导纤维，是由石英、玻 璃、塑料等光折射率高的介质材料制成 的极细的纤维，是一种理想的光传输线 路。 光纤传感器（Fiber Optic Sensor， FOS）兴起于20世纪70年代，是一类较 新的光敏器件，它是利用被测量对光纤 内传输的光波进行调制，使光波的一些 参数，如强度、频率、波长、相位、偏 振态等特性产生变化来工作。可以测量 位移、加速度、压力、温度、磁、声、 电等物理量。
1 2
单光纤液位传感器结构 1 光纤 2 耦合器
光纤液位传感器
光纤式光电开关应用
以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。
光纤 耦合器
标志孔
传输光纤 出射光纤
电路板标志检测
当光纤发出 的光穿过标志孔 时，若无反射， 说明电路板方向 放置正确。
光纤式光电开关应用
温度、叶尖故障、火焰燃烧、叶片振动、油量
CRP(Civil Research Project)
民用研究计划
英 国 （阿维尔计划）
1982 年成立英国光纤传感器合作协会 高电压光纤电流传感器--中央电气研究所 光纤陀螺、水声器—伦敦大学 光纤传感器的多路测试设备—曼彻斯特大学 光全息技术—牛津大学 特种光纤和光学测试仪器—南安普顿大学
1 Y形光纤 2 壳体
3 膜片
膜片反射式光纤压力传感器示意图
在Y形光纤束前端放臵一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束 与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。若利用Y形光纤 束位移特性的线性区，则传感器的输出光功率亦与待测压力呈线性关系 。这种传感器结构简单、体积小、使用方便，但如果光源不稳定或长期 使用后膜片的反射率下降，影响其精度。
一、光纤传感器发展概况 二、光导纤维的结构和传输原理
三、光纤传感器的工作原理
四、光导纤维的主要参数
五、光纤传感器的应用
光纤传感器
光纤——光导纤维，是由石英、玻 璃、塑料等光折射率高的介质材料制成 的极细的纤维，是一种理想的光传输线 路。 光纤传感器（Fiber Optic Sensor， FOS）兴起于20世纪70年代，是一类较 新的光敏器件，它是利用被测量对光纤 内传输的光波进行调制，使光波的一些 参数，如强度、频率、波长、相位、偏 振态等特性产生变化来工作。可以测量 位移、加速度、压力、温度、磁、声、 电等物理量。
1 2
单光纤液位传感器结构 1 光纤 2 耦合器
光纤液位传感器
光纤式光电开关应用
以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。
光纤 耦合器
标志孔
传输光纤 出射光纤
电路板标志检测
当光纤发出 的光穿过标志孔 时，若无反射， 说明电路板方向 放置正确。
光纤式光电开关应用
温度、叶尖故障、火焰燃烧、叶片振动、油量
CRP(Civil Research Project)
民用研究计划
英 国 （阿维尔计划）
1982 年成立英国光纤传感器合作协会 高电压光纤电流传感器--中央电气研究所 光纤陀螺、水声器—伦敦大学 光纤传感器的多路测试设备—曼彻斯特大学 光全息技术—牛津大学 特种光纤和光学测试仪器—南安普顿大学
1 Y形光纤 2 壳体
3 膜片
膜片反射式光纤压力传感器示意图
在Y形光纤束前端放臵一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束 与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。若利用Y形光纤 束位移特性的线性区，则传感器的输出光功率亦与待测压力呈线性关系 。这种传感器结构简单、体积小、使用方便，但如果光源不稳定或长期 使用后膜片的反射率下降，影响其精度。
激光传感器ppt课件
激光测距仪
激光传感器
激光应用的领域，主要有工业、 医疗、商业、科研、信息和军 事六个领域。
根据激光的特点可用于： 激光焊接 、激光切割 、激光切 割 、激光打孔 、激光快速成 型 ，还有与我们挺近的就是激 光测速、测距了。
常见的激光传感器
激光打印机
激光切割
激光测距的原理
原理：先由激光二极管对准目标发 射激光脉冲，经目标发射后激光返 回到传感器接收器，记录并处理从 光脉冲发出到返回被接受所经历的 时间，由d=c*∆t/2即可测定目标距 离。但由于光速太快，所以时间要精 确地测定。
原理图
激光测距传感器的一些参数：
1.测量距离范围：0~60米
2.全程精度误差：1.5毫米，最小显示 1毫米 3.激光头连续使用寿命：大于等于5万 个小测距仪是利用激光对目标的距离进行 准确测定的仪器，激光测距仪在工作时间 向目标射出一束很细的激光，由光电元件 接收目标反射的激光束，计时器测定激光 束从发射到接收的时间，计算出从观测者 到目标的距离。
《光纤与激光传感器》课件
利用两束或多束光波在空间叠加产生的干涉现象，测量微小位移、角度或表面粗糙度等参数。
光学干涉技术
利用目标物体对激光束的散射特性，测量表面形貌、粒度分布等参数。
光学散射技术
利用目标物体对特定波长激光的吸收特性，测量气体浓度、液体浓度等参数。
光学吸收技术
利用光学调制器对激光束进行调制，提高测量精度和稳定性。
光学调制技术
优势
高精度、高分辨率、非接触测量、抗干扰能力强、测量范围广等。
局限性
对环境因素敏感、成本较高、对目标物体有一定要求（如反射性、透射性等）等。
光纤与激光传感器的比较与选择
环境适应性
激光传感器通常更脆弱，容易受到震动、尘埃和温度等因素的影响，而光纤传感器具有较强的环境适应性，能够在恶劣环境下工作。
光纤传感器的基本组成包括光源、光纤、光探测器和信号处理系统。
光源发出的光经过光纤传输至光探测器，当外界物理量作用于光纤时，光探测器接收到光信号发生变化，经过信号处理系统处纤制备技术
制造出低损耗、高稳定性、长寿命的光纤是光纤传感器的基础。
光源技术
研制出高亮度、高稳定性、长寿命的光源是光纤传感器的关键。
灵敏度
激光传感器通常具有更高的灵敏度，能够检测更微弱的信号，而光纤传感器在某些应用中可能受到光散射和折射的限制。
带宽
光纤传感器具有较大的带宽，适用于高速信号的传输和测量，而激光传感器通常带宽较窄，更适合于单点测量。
传输距离
光纤传感器在长距离传输中具有优势，可以用于远程监测和通信，而激光传感器通常传输距离较短，更适合于近距离测量。
光探测器技术
发展高灵敏度、低噪声、快速响应的光探测器是提高光纤传感器性能的重要途径。
信号处理技术
光纤传感器ppt课件
第9章 光纤传感器
光纤传感器的原理结构及种类
光的传输原理
光导纤维传感器的类型
功能型光纤传感器
非功能型光纤传感器
光纤传感器的应用
光纤即光导纤维是20世纪70年代的重要发明之一，它与激光器、半导体探测器一起构成新的光学技术，创造了光电子学新领域。光纤的出现产生了光纤通讯技术，特别是光纤在有线通讯网的优势越来越突出，它为人类21世纪的通讯基础------信息高速公路奠定了基础，为多媒体（符号、数字、语言、图形和动态图象）通信提供了实现的必须条件。
光导纤维传感器的类型
光纤传感器的分类
按测量对象分类 ：分为光纤温度传感器、光纤浓度传感器、光纤电流传感器、光纤流速传感器。
按光纤中光波调制的原理分类 ：分为强度调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器、波长调制型光纤传感器。
按光纤在传感器中的作用分类 ：分为功能型光纤传感器（FF型，function fiber）和非功能型光纤传感器（NFF型，non function fiber）
高纯度石英（sio2）玻璃纤维，这种材料的光损耗比较小。
多组分玻璃纤维，用常规玻璃制成，损耗较小。
塑料光纤，用人工合成导光塑料制成，其损耗较大，但质量轻，成本低，柔软性好，适用于短距离导光。
2、按折射率分布分类，有阶跃折射率型和梯度折射率型 1）阶跃型光纤（折射率固定不变）：指纤芯和包层折射率不连续的光纤。 2）梯度型光纤（纤芯折射率近似呈平方分布）：在中心轴上折射率最大，沿径向逐渐变小，界面处 n1=n2，n1的分布大多按抛物线规律，其关系式为： n1=n.(1-A.r2/2) n为纤芯中心折射率，如1.525 A为常数，如A=0.5mm-2 r为径向坐标 采用梯度折射率光纤时，光射入光纤后会自动从界面向轴心会聚，故也称为自聚焦光纤。
光纤传感器的原理结构及种类
光的传输原理
光导纤维传感器的类型
功能型光纤传感器
非功能型光纤传感器
光纤传感器的应用
光纤即光导纤维是20世纪70年代的重要发明之一，它与激光器、半导体探测器一起构成新的光学技术，创造了光电子学新领域。光纤的出现产生了光纤通讯技术，特别是光纤在有线通讯网的优势越来越突出，它为人类21世纪的通讯基础------信息高速公路奠定了基础，为多媒体（符号、数字、语言、图形和动态图象）通信提供了实现的必须条件。
光导纤维传感器的类型
光纤传感器的分类
按测量对象分类 ：分为光纤温度传感器、光纤浓度传感器、光纤电流传感器、光纤流速传感器。
按光纤中光波调制的原理分类 ：分为强度调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器、偏振调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器、波长调制型光纤传感器。
按光纤在传感器中的作用分类 ：分为功能型光纤传感器（FF型，function fiber）和非功能型光纤传感器（NFF型，non function fiber）
高纯度石英（sio2）玻璃纤维，这种材料的光损耗比较小。
多组分玻璃纤维，用常规玻璃制成，损耗较小。
塑料光纤，用人工合成导光塑料制成，其损耗较大，但质量轻，成本低，柔软性好，适用于短距离导光。
2、按折射率分布分类，有阶跃折射率型和梯度折射率型 1）阶跃型光纤（折射率固定不变）：指纤芯和包层折射率不连续的光纤。 2）梯度型光纤（纤芯折射率近似呈平方分布）：在中心轴上折射率最大，沿径向逐渐变小，界面处 n1=n2，n1的分布大多按抛物线规律，其关系式为： n1=n.(1-A.r2/2) n为纤芯中心折射率，如1.525 A为常数，如A=0.5mm-2 r为径向坐标 采用梯度折射率光纤时，光射入光纤后会自动从界面向轴心会聚，故也称为自聚焦光纤。
光纤传感器ppt讲解可修改文字
NA n12 n22
n n 1为纤芯折射率 ， 2 为包层折射率
arcsinNA是一个临界角，
θ> arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；
θ< arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。
数值孔径的意义是无论光源发射功率有多大，只有2 张角之内的光被
光纤接受传播。一般希望光纤有大的数值孔径，这样有利于耦合效率的提高。 但数值孔径越大，光信号将产生大的“模色散”，入射光能分布在多个模式 中，各模式速度不同，因此到达光纤远端的时间不同，信号将发生严重的畸
非功能型光纤传感器
传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的媒介， 待测对象的调制功能是由其它光电转换元件实现的， 光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
三 介绍几种光纤传感器
1，光纤压力传感器
Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如 图。在Y形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片 受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化， 从而使输出光强受到调制。
6 光纤传感器的类型
光纤传感器按其作用方式一般分为两种类型： 一 功能型光纤传感器， 二 非功能型光纤传感器。
功能型光纤传感器
这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏 感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且 在被测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学 特性得到调制，调制后 的信号携带了被测信息。
（3）传输损耗
由于光纤纤芯材料的吸收、散射、光纤弯曲处的辐射损耗等 的影响，光信号在光纤中的传播不可避免地要有损耗，光纤的传输 损耗A可用下式表示
-10 lg I0
A=
I
L
式中 L ——光纤的长度 I0——光纤入射端的光强 I——光纤输出端的光强
n n 1为纤芯折射率 ， 2 为包层折射率
arcsinNA是一个临界角，
θ> arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；
θ< arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。
数值孔径的意义是无论光源发射功率有多大，只有2 张角之内的光被
光纤接受传播。一般希望光纤有大的数值孔径，这样有利于耦合效率的提高。 但数值孔径越大，光信号将产生大的“模色散”，入射光能分布在多个模式 中，各模式速度不同，因此到达光纤远端的时间不同，信号将发生严重的畸
非功能型光纤传感器
传光型光纤传感器的 光纤只当作传播光的媒介， 待测对象的调制功能是由其它光电转换元件实现的， 光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
三 介绍几种光纤传感器
1，光纤压力传感器
Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如 图。在Y形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片 受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化， 从而使输出光强受到调制。
6 光纤传感器的类型
光纤传感器按其作用方式一般分为两种类型： 一 功能型光纤传感器， 二 非功能型光纤传感器。
功能型光纤传感器
这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏 感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且 在被测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学 特性得到调制，调制后 的信号携带了被测信息。
（3）传输损耗
由于光纤纤芯材料的吸收、散射、光纤弯曲处的辐射损耗等 的影响，光信号在光纤中的传播不可避免地要有损耗，光纤的传输 损耗A可用下式表示
-10 lg I0
A=
I
L
式中 L ——光纤的长度 I0——光纤入射端的光强 I——光纤输出端的光强
光纤 激光传感器共70页
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
光纤 激光传感器
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
光纤 激光传感器
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《激光式传感器》PPT课件
* 为了形成受激辐射，必须设法使某一高能级原子数多于
低能级的原子数。原子数的这种分布称为粒子的反转分布。 能形成粒子反转分布的工作介质称为增益介质。
* 光通过增益介质，由于受激辐射的光子数多于吸收而损
失的光子数而使光子数不断增加，强度不断增强，这一过 程称为光放大。
* 产生激光必须满足以下四个条件：
3.39μm
1.15μm
图4-124 氦氖激光器的原理 a〕构造图 b〕能级图
* 由于氦氖激光器
具有稳定性好，单色 性强，功率小和寿命 长等突出的优点，因 此是应用最广泛的一 种激光器。
*氦氖激光器由放电管
V和反射镜M1、M2
组成光学谐振腔，见 图4-124a。
* 半导体激光器的典型产品是以砷化镓〔GaAs〕为
会聚角最小，光束最准直，射得最远和相干性最好。
* 激光传感器可用于测量物体的几何尺寸、振动、位
移、速度、加速度、转角、方向、探伤及成分分析等。 由于具有精度高、量程范围宽、反响迅速、非接触、 抗干扰能力强和易于数字化等一系列优点，因此应用 极为广泛。
* 利用激光的高方向性制成的车速测量仪，是公路车
术，激光技术开展速度是十分惊人的，目前在生产和科 研等许多方面都已有很多应用。它的出现，不但使现代 光学应用技术出现了一个飞越，同时也促进了物理学和 其他相关科学的开展。
* 激光式传感器(Laser sensor)包括激光发生器、激光
接收器及其相应的有关电路。在这里，简单介绍一下激 光的产生、激光的特点以及激光器在检测方面的应用。
成受激辐射。
储能电容
限流电阻 图4-123 红宝石激光器的原理 a〕构造图 b〕能级图
1－全反射镜 2－红宝石棒 3－脉冲氙灯 4－聚光器 5－局部反射镜
《光纤传感器》PPT课件
光导纤维的主要参数
1. 数值孔径（NA）
2. 光纤模式
3. 传播损耗
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1. 数值孔径（NA）
2 NA sin i n12 n2
反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。
意义：无论光源发射功率有多大，只有 2θi 张角 之内的光功率能被光纤接受传播。
差动式膜片反射型光纤压力传感器
1．输出光纤
2．输入光纤
3．输出光纤
4．胶
5．膜片
I 2 1 Ap A―常数； 两束输出光的光强之比 I 1 1 Ap p―待测量压力
输出光强比I2/I1与膜片的反射率、光源强度等因素均无关
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将上式两边取对数，在满足(Ap)2≤1时，得到
传感器的固有频率可表示为
2.56t gE fr p 2 2 R 3 (1 )
式中, ρ――膜片材料的密度； g――重力加速度。 结构简单、体积小、使用方便， 光源不够稳定或长期使用后膜片的反射率有所下降，
其精度就要受到影响。
返
回
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The most commonly used type of fiberoptic sensor is an intensity sensor, where light intensity is modulated by an external stimulus
光纤传感器强度调制
非 干 涉 型
光纤传感器偏振调制
光纤传感器频率调制
注：MM——多模光纤；SM——单模光纤；PM——偏振保持光纤
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光纤 激光传感器
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
55、 为 中 华 之 崛起而 读。 ——周 恩来谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
55、 为 中 华 之 崛起而 读。 ——周 恩来谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特