光纤传感技术基本原理课件
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光纤传感技术.
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时富 ❖ 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
光纤传感原理及应用技术课件
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （3）萨格纳克（Sagnac）光纤干涉仪
8 A 0c
1
2
光纤耦合器
光纤陀螺是近20年来发展起来的一门新技术，除了在航空航天技术中用于导 航、制导、定位外，也可用于石油钻井中跟踪钻头位置、机器人控制、汽车 以及在其他测量角度的系统中应用。与传统的机电陀螺相比，光纤陀螺具有 启动快、体积小、成本低等优光纤点传，感原因理此及应它用更技具术课有件竞争力。
B-两束光波在相遇点的光程差不能太大。
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （1）迈克尔逊(Michelson)光纤干涉仪
LD 分光镜
固定反射镜
可移动 反射镜
光探测器
LD 光探测器
固定反射镜 3dB
可动端S(t)
2k0L
光纤干涉仪与普通的光学干涉仪相比，优点在于： （1）容易准直； （2）可以通过增加光纤长度来增加光程，以提高干涉仪的灵敏度； （3）封闭式的光路，不受外界干扰； （4）测量的动态范围大。
Fiber
Fiber
图3 光纤传感器传感探头具体的结构形式 Fig.3 Diagram of the fiber-optic temperature sensor probe
图416 光吸收系数强度调制辐射量传感器
射线辐射会使光纤材料的吸收损耗 增加，使光纤的输出功率降低，从 而构成强度调制辐射量传感器光。纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （4）法布里珀罗（FabryPerot）光纤干涉仪
(c)
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
3、偏振调制型光纤传感器技术
8 A 0c
1
2
光纤耦合器
光纤陀螺是近20年来发展起来的一门新技术，除了在航空航天技术中用于导 航、制导、定位外，也可用于石油钻井中跟踪钻头位置、机器人控制、汽车 以及在其他测量角度的系统中应用。与传统的机电陀螺相比，光纤陀螺具有 启动快、体积小、成本低等优光纤点传，感原因理此及应它用更技具术课有件竞争力。
B-两束光波在相遇点的光程差不能太大。
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （1）迈克尔逊(Michelson)光纤干涉仪
LD 分光镜
固定反射镜
可移动 反射镜
光探测器
LD 光探测器
固定反射镜 3dB
可动端S(t)
2k0L
光纤干涉仪与普通的光学干涉仪相比，优点在于： （1）容易准直； （2）可以通过增加光纤长度来增加光程，以提高干涉仪的灵敏度； （3）封闭式的光路，不受外界干扰； （4）测量的动态范围大。
Fiber
Fiber
图3 光纤传感器传感探头具体的结构形式 Fig.3 Diagram of the fiber-optic temperature sensor probe
图416 光吸收系数强度调制辐射量传感器
射线辐射会使光纤材料的吸收损耗 增加，使光纤的输出功率降低，从 而构成强度调制辐射量传感器光。纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪 （4）法布里珀罗（FabryPerot）光纤干涉仪
(c)
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理 与应用技术
3、偏振调制型光纤传感器技术
光纤传感技术(全)
自动化控制和优化调度。
设备故障诊断
通过光纤传感器对设备运行过程中 的振动、温度、压力等参数进行实 时监测，实现故障预警和远程诊断 。
环境监测
在工业生产环境中，光纤传感器可 用于监测气体、液体、固体等环境 参数的变化，确保生产安全。
能源环保领域应用
油气管道监测
光纤传感器可用于油气管道的泄漏监测和定位，提高管道运输的安 全性和环保性。
02
光纤传感器类型及性能参数
点式光纤传感器
工作原理
利用光纤传输光信号，通过测量光信号在光纤中 传输时的变化来感知和测量被测物理量。
主要类型
包括反射式、透射式和干涉式等。
应用领域
广泛应用于温度、压力、位移、振动等物理量的 测量。
分布式光纤传感器
工作原理
利用光纤中传输的光信号 受到被测物理量的调制， 通过检测光信号的变化实 现分布式测量。
电力系统监测
在电力系统中，光纤传感器可用于监测电缆、变压器等设备的温度 、应变和振动等参数，确保电力系统的稳定运行。
新能源应用
光纤传感器可用于风能、太阳能等新能源设备的监测和控制，提高能 源利用效率和环保性。
生物医学领域应用
1 2 3
医疗诊断
光纤传感器可用于医疗诊断和治疗过程中，如内 窥镜、激光手术等，实现对人体内部生理参数的 实时监测。
发展历程
自20世纪70年代光纤传感技术诞生以来，经历了从实验室研究到商业化应用的逐步成熟过程。随着光 纤制造、光电子器件和信号处理技术的不断进步，光纤传感技术的性能不断提高，应用领域也不断扩 展。
光纤传感技术原理及特点
01 原理
02 高灵敏度
03 抗电磁干扰
04
05
耐腐蚀、耐高温 分布式测量
设备故障诊断
通过光纤传感器对设备运行过程中 的振动、温度、压力等参数进行实 时监测，实现故障预警和远程诊断 。
环境监测
在工业生产环境中，光纤传感器可 用于监测气体、液体、固体等环境 参数的变化，确保生产安全。
能源环保领域应用
油气管道监测
光纤传感器可用于油气管道的泄漏监测和定位，提高管道运输的安 全性和环保性。
02
光纤传感器类型及性能参数
点式光纤传感器
工作原理
利用光纤传输光信号，通过测量光信号在光纤中 传输时的变化来感知和测量被测物理量。
主要类型
包括反射式、透射式和干涉式等。
应用领域
广泛应用于温度、压力、位移、振动等物理量的 测量。
分布式光纤传感器
工作原理
利用光纤中传输的光信号 受到被测物理量的调制， 通过检测光信号的变化实 现分布式测量。
电力系统监测
在电力系统中，光纤传感器可用于监测电缆、变压器等设备的温度 、应变和振动等参数，确保电力系统的稳定运行。
新能源应用
光纤传感器可用于风能、太阳能等新能源设备的监测和控制，提高能 源利用效率和环保性。
生物医学领域应用
1 2 3
医疗诊断
光纤传感器可用于医疗诊断和治疗过程中，如内 窥镜、激光手术等，实现对人体内部生理参数的 实时监测。
发展历程
自20世纪70年代光纤传感技术诞生以来，经历了从实验室研究到商业化应用的逐步成熟过程。随着光 纤制造、光电子器件和信号处理技术的不断进步，光纤传感技术的性能不断提高，应用领域也不断扩 展。
光纤传感技术原理及特点
01 原理
02 高灵敏度
03 抗电磁干扰
04
05
耐腐蚀、耐高温 分布式测量
光纤传感技术课件：光纤传感系统
9
光纤传感系统
我国光纤传感的进一步发展需要从光纤基础产业、 光电 基础产业和光纤传感技术全方位综合发展， 才有可能真正创 造我国的尖端传感技术。 目前， 国内至少有二十几家公司转 向研究光纤传感器的开发和生产， 其研究的种类繁多， 达到 了历史上的最好时期。 相信在未来的几年内， 光纤传感技术 的发展有望带动并形成一个与光纤和光电产品相关的产业群， 它必将带动我国在光纤制造、 光纤器件和光电器件的生产以 及相关仪器设备的制造等众多领域的技术进步， 为促进我国 的工业和军事领域的尖端技术革新和国民经济的发展贡献力量。
18
光纤传感系统
双异质结， 主要是因为在有源区的两边有两个不同材料 的合金层。 这种结构是从半导体激光器的研究中发展起来的。 通过将各种不同材料的合金层夹在一起， 所有的载流子和辐 射光都将局限在中心有源层。 相邻层间的带隙差限制了载流 子， 而相邻层间的折射率差使辐射光约束在中心有源层。 这 就使得它具有高效率和高辐射强度， 如图2-2所示。 这样会使 阈值电流降低， 发热现象减轻， 可在室温状态下连续工作。 为了进一步降低阈值电流， 提高发光效率， 以及提高与光纤 的耦合效率， 常常使有源区尺寸尽量减小，通常ω=10 μm， d=0.2 μm，L=100 μm~400 μm。
16
光纤传感系统
图2-1 两种基本LED结构
17
光纤传感系统
在面发光二极管中， 有源发光面与光纤轴垂直， 如图21(b)所示。 这种结构中， 在器件的衬底腐蚀了一个小孔， 然 后使用环氧树脂材料固定插入小孔的光纤， 这样能以尽可能 高的效率接收发射出来的光。
边发光二极管的辐射光要比面发光二极管的具有更好的方 向性。 同质结LED， 即只有一个简单PN结， 且P区和N区都 是同一物质。 LED阈值电流密度太大， 工作时发热非常严重， 只能在低温环境、 脉冲状态下工作。 为了提高激光器的功率 和效率， 降低同质结LED的阈值电流， 人们研究出了双异质 结的LED， 如图2-2所示。
光纤传感系统
我国光纤传感的进一步发展需要从光纤基础产业、 光电 基础产业和光纤传感技术全方位综合发展， 才有可能真正创 造我国的尖端传感技术。 目前， 国内至少有二十几家公司转 向研究光纤传感器的开发和生产， 其研究的种类繁多， 达到 了历史上的最好时期。 相信在未来的几年内， 光纤传感技术 的发展有望带动并形成一个与光纤和光电产品相关的产业群， 它必将带动我国在光纤制造、 光纤器件和光电器件的生产以 及相关仪器设备的制造等众多领域的技术进步， 为促进我国 的工业和军事领域的尖端技术革新和国民经济的发展贡献力量。
18
光纤传感系统
双异质结， 主要是因为在有源区的两边有两个不同材料 的合金层。 这种结构是从半导体激光器的研究中发展起来的。 通过将各种不同材料的合金层夹在一起， 所有的载流子和辐 射光都将局限在中心有源层。 相邻层间的带隙差限制了载流 子， 而相邻层间的折射率差使辐射光约束在中心有源层。 这 就使得它具有高效率和高辐射强度， 如图2-2所示。 这样会使 阈值电流降低， 发热现象减轻， 可在室温状态下连续工作。 为了进一步降低阈值电流， 提高发光效率， 以及提高与光纤 的耦合效率， 常常使有源区尺寸尽量减小，通常ω=10 μm， d=0.2 μm，L=100 μm~400 μm。
16
光纤传感系统
图2-1 两种基本LED结构
17
光纤传感系统
在面发光二极管中， 有源发光面与光纤轴垂直， 如图21(b)所示。 这种结构中， 在器件的衬底腐蚀了一个小孔， 然 后使用环氧树脂材料固定插入小孔的光纤， 这样能以尽可能 高的效率接收发射出来的光。
边发光二极管的辐射光要比面发光二极管的具有更好的方 向性。 同质结LED， 即只有一个简单PN结， 且P区和N区都 是同一物质。 LED阈值电流密度太大， 工作时发热非常严重， 只能在低温环境、 脉冲状态下工作。 为了提高激光器的功率 和效率， 降低同质结LED的阈值电流， 人们研究出了双异质 结的LED， 如图2-2所示。
《光纤传感技术》课件
发展历程
追溯了光纤传感技术从非线性效应研究开始的 发展历程和里程碑事件，以及吸引人才和投资
光纤传感技术分类
光纤光栅传感技术
介绍光栅的原理和各种方 案，以及光纤光栅传感技 术在结构健康监测、生物 医学、石油勘探和环境监 测等方面的应用。
基于光纤拉曼效应的 传感技术
介绍拉曼散射等原理，以 及拉曼散射和光纤相互作 用的技术，包括其在温度、 压力、化学物质探测和医 学诊断中的应用。
光纤传感技术不受电磁干扰和化学物质影 响，具有极高的抗干扰能力。
光纤传感技术的未来发展
1
光学器件的进一步改进
随着科技的发展，光学器件的性能不
传感器的小型化和集成化
2
断提升，为光纤传感技术带来了更多 可能性。
随着智能物联设备越来越多地应用于
生活和工业领域，传感器的小型化和
集成化将是发展的一个重要趋势。
《光纤传感技术》PPT课 件
介绍光纤传感技术的定义，应用领域和优势，以及介绍本次课件将要探索的 内容分类和应用领域。让我们一起了解这项重大的技术进步！
光纤传感技术原理
基本原理
介绍了光纤传感技术的光波传输原理、光纤的 制作、以及光纤中不同波长的色散特性。
工作原理
讲解了光纤传感技术与不同物质之间的交互作 用原理，包括对温度、压力、声音、气体和液 体等的响应。
液位和流量检测
在化工和供水等行业中，使 用光纤传感技术来监测液位 和流量变化。
光纤传感技术的优势ຫໍສະໝຸດ 1 精度高2 可靠性强
光纤传感技术具有高灵敏度和高分辨率， 可提供精确的量测结果。
光纤传感技术在极端环境中依然可以工作 正常，并具有长时间的稳定性。
3 长寿命
4 抗干扰能力强
第6章 光纤传感技术ppt课件
12
①2a1 光纤端面球透n镜2 耦合
② 柱透镜耦合(n最1 大2an 约50%γ左2 右)
2a3
③ 凸透镜耦合(一n2 般在25a0%c 左右2a2 )
2a1
④
自聚焦光纤n1 (一般2an 在50%θγ1左右γ)3
S拆开点d
γn
r
激光器
自聚焦透镜θ
圆锥形光纤（透镜）耦合
光纤
2an 光纤
端z 面球R透镜耦合示意
引言
光纤技术理论的不断完善，光纤制造工艺的日臻 成熟，各种类型的光纤元器件逐步商品化，为光纤传 感技术的发展奠定了理论基础和物质基础。
由于光纤有良好的传输光的特性(衰减系数已达到 0.14dB/km)，有比微波高6个数量级的宽频带，再加上 光纤本身就是一种敏感元件，光在光纤中传输时振幅 、相位、偏振态等将随着检测对象的变化而变化，因 此，光纤可以用于制作优良的传感器。
1）直接耦合 所谓直接耦合，就
是把一根平端面的光纤 直接靠近光源发光面放 置。一般耦合效率大约 为20%。
S 2θc
2θ
S—光源 θ—光源发光张角 θc—光纤接收角
光纤与光源直接耦合
.
02.05.2020
11
2）透镜耦合 透镜耦合方法可以提高耦合效率，也可能不提高,
这里有一个耦合效率准则概念。 对于lambet型光源(例如发光二级管)，不管中间加
什么样的系统，它的耦合效率不会超过一个极大值:
maxSf /SeNA2
当发光面积Se大于光纤接收面积Sf 时，加任何光学 系统都没有用，最大耦合效率可以用直接耦合的办法得
到。当发光面积小于光纤接收面积时，加上光学系统是
有用的，可以提高耦合效率，而且发光面积越小，耦合
第7章 光纤传感器基本原理 PPT课件
2、光纤传感系统的基本构成
光源
被
测 信号检测
参
数 与处理
外界物理量与 进入调试区的
光相互作用
传输光纤
光电 探测
器
传调感制区区
光强、波长、频率、 相位、偏振态等发 生变化
光纤本身起敏感元件 的作用。光纤与被测 物理量相互作用时， 光纤自身的结构参量 或者光纤的传光特性 发生变化。
光纤不做为敏感器件， 只起传到光的作用
2、透射式强度调制
发射光纤与接收光纤对准，光强调制信号加在移动的遮光 板上，或直接移动接收光纤，使接收光纤只能收到发射光 纤发出的部分光，从而实现光强调制。待测物理量的变化 使接收光纤的轴线相对于发射光纤错开一段距离x。
位移、压力、
调
温度等
制
信
号
x
动光纤式光强调制模型
3、遮光型光强调制
将光强调制信号加在移
传感型 传光型
3、光纤传感器分类
1）强度调制型 2）相位调制型 3）频率调制型 4）波长调制型 5）偏振调制型
7.2 强度调制光纤传感器的基本原理
概念：待测物理量引起光纤中传输的光波强度 发生变化，通过检测光强的变化实现待测物理 量的测量。
S
被
Ii
测 信
光探 测器
号
调制区
iD
Io
1、强度调制传感器类型
因此最大检测范围：
d r T
光耦合系数近似计算
如果作线性近似，即将维体边缘与输 出光纤芯交界的弧线作为直线处理， 则可得到线性解，在线性近似下，可 求得交叠面积与光纤芯面积之比为：
r
r
模型
（
r
）
1
p
《光纤传感器》课件
频率调制型
通过外界物理量的变化引起光 纤中光的频率变化，从而实现 对外部参数的测量。
相位调制型
通过外界物理量的变化引起光 纤中光的相位变化，从而实现
对外部参数的测量。
光纤传感器的应用领域
工业自动化
用于监测温度、压力、流量、液位等参数， 实现工业过程的自动化控制。
环境监测
用于监测环境中的温度、湿度、压力、气体 浓度等参数，实现环境监测和治理。
光纤传感器在高温、低温或温度变化环境下保持性能的能力。高温度适应性传感器能够在更宽的温度范围内正常 工作，适用于各种恶劣环境。
湿度适应性
光纤传感器在潮湿、干燥或湿度变化环境下保持性能的能力。高湿度适应性传感器能够在更宽的湿度范围内正常 工作，适用于各种环境湿度条件。
05
光纤传感器的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
光纤传感器
目录
• 光纤传感器概述 • 光纤传感器的技术原理 • 光纤传感器的设计与制造 • 光纤传感器的性能指标 • 光纤传感器的发展趋势与挑战 • 光纤传感器案例分析
01
光纤传感器概述
定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器，能够检测和测量物理量、 化学量和生物量等参数。
新材料
新型光纤材料如掺铒光纤、光子晶体光纤等，具有更高的非线性效应和增益特性，提高了光纤传感器 的性能。
新技术
量子点、纳米线等新型纳米材料的应用，提高了光纤传感器的灵敏度和分辨率。
集成化与小型化的发展趋势
集成化
将多个光纤传感器集成在同一根光纤上，实现多参数、多维度的测量，提高了测量效率 和精度。
小型化
光纤压力传感器的应用案例
总结词
光纤压力传感器在石油、化工、航空航天等 领域有重要应用。
《光纤传感器 》课件
通过化学气相沉积等方法 制备出光纤预制棒，作为 光纤制造的原材料。
拉丝工艺
将光纤预制棒加热软化后 ，通过拉丝机拉制成连续 的光纤。
涂覆与保护
在拉制出的光纤表面涂覆 一层保护涂层，以提高光 纤的机械强度和耐腐蚀性 。
光纤传感器的封装工艺
光纤光栅封装
光纤传感器的密封与保护
将光纤光栅粘贴在特定的封装基底上 ，并使用环氧树脂等材料进行固定和 保护。
光纤传感器的应用领域。
光纤传感器的小型化与集成化
总结词
光纤传感器正朝着小型化与集成化的方向发展，以满 足现代科技领域对传感器尺寸和集成度的要求。
详细描述
随着微纳加工技术和光子集成技术的不断发展，光纤 传感器的小型化与集成化成为可能。小型化的光纤传 感器具有更小的体积和更高的可靠性，集成化的光纤 传感器则能够实现多个传感功能的集成，提高系统的 集成度和智能化程度。
光纤传感器的优点与局限性
优点
高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可 在恶劣环境下工作、可远程测量等。
局限性
对温度、压力、位移等物理量的测量 可能会受到其他因素的干扰，如弯曲 、振动等；同时，光纤传感器成本较 高，限制了其在某些领域的应用。
03
CHAPTER
光纤传感器的制造工艺
光纤的制备
01
02
03
预制棒制备
光纤传感器
目录
CONTENTS
• 光纤传感器概述 • 光纤传感器的技术原理 • 光纤传感器的制造工艺 • 光纤传感器在各领域的应用 • 光纤传感器的发展趋势与挑战 • 案例分析：光纤传感器在石油工业中的应用
01
CHAPTER
光纤传感器概述
定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器，能够检 测和测量物理量（如温度、压力、位移等）的变化。
拉丝工艺
将光纤预制棒加热软化后 ，通过拉丝机拉制成连续 的光纤。
涂覆与保护
在拉制出的光纤表面涂覆 一层保护涂层，以提高光 纤的机械强度和耐腐蚀性 。
光纤传感器的封装工艺
光纤光栅封装
光纤传感器的密封与保护
将光纤光栅粘贴在特定的封装基底上 ，并使用环氧树脂等材料进行固定和 保护。
光纤传感器的应用领域。
光纤传感器的小型化与集成化
总结词
光纤传感器正朝着小型化与集成化的方向发展，以满 足现代科技领域对传感器尺寸和集成度的要求。
详细描述
随着微纳加工技术和光子集成技术的不断发展，光纤 传感器的小型化与集成化成为可能。小型化的光纤传 感器具有更小的体积和更高的可靠性，集成化的光纤 传感器则能够实现多个传感功能的集成，提高系统的 集成度和智能化程度。
光纤传感器的优点与局限性
优点
高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可 在恶劣环境下工作、可远程测量等。
局限性
对温度、压力、位移等物理量的测量 可能会受到其他因素的干扰，如弯曲 、振动等；同时，光纤传感器成本较 高，限制了其在某些领域的应用。
03
CHAPTER
光纤传感器的制造工艺
光纤的制备
01
02
03
预制棒制备
光纤传感器
目录
CONTENTS
• 光纤传感器概述 • 光纤传感器的技术原理 • 光纤传感器的制造工艺 • 光纤传感器在各领域的应用 • 光纤传感器的发展趋势与挑战 • 案例分析：光纤传感器在石油工业中的应用
01
CHAPTER
光纤传感器概述
定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器，能够检 测和测量物理量（如温度、压力、位移等）的变化。
光纤传感技术基本原理课件
生的相位延迟(泊松效应)。
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
A．纵向应变引起的相位变化
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
L表示一对单模或多模光纤的相互作用长度，d表示纤芯之间的 距离。光纤包层被减薄或完全剥去，足以产生渐逝场耦合。
d、L或n2稍有变化，光探测器的接收光强就有明显变化、从而 实现光强调制、这一原理已应用于水听器。
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
实现纵向、径向应变最简便的方法是，采用一个 空心的压电陶瓷圆柱筒(PZT)，在这个圆柱筒上缠绕一 圈或多圈光纤，并在其径向或轴向施加驱动信号，由 于PZT筒的直径随驱动信号变化，故缠绕在其上的光纤 也随之伸缩。光纤承受到应力，光波相位随之变化。
Institude of Lightwave Technology
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
A．纵向应变引起的相位变化
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
L表示一对单模或多模光纤的相互作用长度，d表示纤芯之间的 距离。光纤包层被减薄或完全剥去，足以产生渐逝场耦合。
d、L或n2稍有变化，光探测器的接收光强就有明显变化、从而 实现光强调制、这一原理已应用于水听器。
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
实现纵向、径向应变最简便的方法是，采用一个 空心的压电陶瓷圆柱筒(PZT)，在这个圆柱筒上缠绕一 圈或多圈光纤，并在其径向或轴向施加驱动信号，由 于PZT筒的直径随驱动信号变化，故缠绕在其上的光纤 也随之伸缩。光纤承受到应力，光波相位随之变化。
Institude of Lightwave Technology
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
光纤传感技术(全)
2021/3/11
TL
k
n T
n L
L T
(8.43)
若 取 1 L 5 107 / C ; n 10 106 / C , n 1.456,
L T
T
0 .6 3 2 8 1 0 6 m , 带 入 （ 8 .4 3 ） 式 得 1 0 7 / C m t L
即 在1m长 光 纤 上 温 度 变 化 1 C时 干 涉 条 纹 移 动17.0条 。
2021/3/11
图25 环形腔输出相对光强随与相位关系
腔 内 相 对 光 强: I3
E3 2 E1 2
(1 )
1 K
(1 K T ) 2 4 K T sin 2 形 腔 输 出 相 对 光 强: I4
E4 2 E1 2
(1 )
( K T )2 4 KT sin 2 ( L / 2) / 2
图22 M-Z光纤干涉仪原理图
2021/3/11
3、法布里-珀罗光纤干涉仪 法布里-珀罗光纤干涉仪是由两端面具有高反 射膜的一段光纤构成，此感反射膜可以直接镀 在光纤端面上，也可以把镀在基片上的高反射 膜粘贴在光纤的端面上。
图23 法布里-珀罗光纤干涉仪示意图
2021/3/11
相位型光纤温度温度传感器
1K
2
1 KT 4 KT
(8.15)
由 环 形 腔 输 出 特 性 可 得 半 峰 值 处 的 宽 度 为 ：
1/21/2n2 cLarcsin1 2 (1K K T T) (8.16)
2021/3/11
干涉细度定义为谐振自由谱区宽度与
谐振半峰值宽之比，即
F FSR
2 arcsin
1
KT
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两个模的传播常数分别 为β和β′，当 Δβ= │β-β′│ = 2π/λ
相位失配为零，模间精 合达到最佳。
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
B、渐逝波耦合型
通常．渐逝波在光疏媒质中深人距 离有几个波长时．能量就可以忽略不计 了。如果采用一种办法使渐逝场能以较 大的振幅穿过光疏媒质，并伸展到附近 的折射率高的光密媒质材料中，能量就 能穿过间隙，这一过程称为受抑全反射 。
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
利用两个周期结构的光栅遮光屏传感器．通过一对光栅遮光屏的透 射率，从50％(当两个屏完全重叠时)变到零(当一个屏的不透明条完 全覆盖住另一个屏的透明部分)。在此周期性结构范围内，光的输 出强度是周期性的。而且它的分辨率在光珊条纹间距的10-6数量级 以内。这是能够构成很灵敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础
Institude of Lightwave Technology
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
微弯式光纤压力传感
基于光纤的微弯效应，即由压力引起变形器产 生位移，使光纤弯曲而调制光强度。
微 弯 式 光 纤 水 听 器 探 头
（1） 反射式强度调制
这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用 .
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
第六章
光纤传感器基本原理
c 1
00
二、光波是横波（振向和传向垂直）
Y E
O
X
H Z
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
1 聚碳酸酯薄膜 2 可动变形板 3 固定变形板 4、5 光纤
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（4）折射率强度调制
A、光纤折射率变化型 一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数不 同。在温度恒定时，包层折射率n2与纤芯折 射率n1之间的差值是恒定的。当温度变化时 ， n2 、 n1之间的差发生变化，从而改变 传输损耗。因此，以某一温度时接收到的 光强为基准,根据传输功率的变化可确定温 度的变化。
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（3）光模式强度调制
当光纤之间状态发生变化时，会引起光纤中的模式耦合，其 中有些导波模变成了辐射模，从而引起损耗，
一是作为领导பைடு நூலகம்部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
在光纤中传输的光波可用如下形式的方程描述：
光纤传感器按被调制的光波参数不同可分为：
强度调制光纤传感器 相位调制光纤传感器 频率调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器 波长(颜色)调制光纤传感器
光在不同介质中，光速不同，但频率不变， 所以波长变，波长一般指真空中的波长。
2.折射率
nc v
rr 连接光学和电磁学的桥梁。
n
介
真
质
空
中
中
rvt
nn
nr
实验证明：对人眼视觉和感光仪器起作用的主要是光的振 动部分，所以，一般用电振动矢量来代表光的振动。
Institude of Lightwave Technology
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1. 强度调制机理
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变形器的位移改变了弯曲处的模振幅，从而产生强 度调制。
对于抛物线(或平方律或梯度)折射率分布的光纤． 变形器的临界空间周期为
对于阶跃光纤
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相位失配为零，模间精 合达到最佳。
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B、渐逝波耦合型
通常．渐逝波在光疏媒质中深人距 离有几个波长时．能量就可以忽略不计 了。如果采用一种办法使渐逝场能以较 大的振幅穿过光疏媒质，并伸展到附近 的折射率高的光密媒质材料中，能量就 能穿过间隙，这一过程称为受抑全反射 。
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利用两个周期结构的光栅遮光屏传感器．通过一对光栅遮光屏的透 射率，从50％(当两个屏完全重叠时)变到零(当一个屏的不透明条完 全覆盖住另一个屏的透明部分)。在此周期性结构范围内，光的输 出强度是周期性的。而且它的分辨率在光珊条纹间距的10-6数量级 以内。这是能够构成很灵敏、很简单、高可靠的位移传感器的基础
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微弯式光纤压力传感
基于光纤的微弯效应，即由压力引起变形器产 生位移，使光纤弯曲而调制光强度。
微 弯 式 光 纤 水 听 器 探 头
（1） 反射式强度调制
这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用 .
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光纤传感器基本原理
c 1
00
二、光波是横波（振向和传向垂直）
Y E
O
X
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1 聚碳酸酯薄膜 2 可动变形板 3 固定变形板 4、5 光纤
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（4）折射率强度调制
A、光纤折射率变化型 一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数不 同。在温度恒定时，包层折射率n2与纤芯折 射率n1之间的差值是恒定的。当温度变化时 ， n2 、 n1之间的差发生变化，从而改变 传输损耗。因此，以某一温度时接收到的 光强为基准,根据传输功率的变化可确定温 度的变化。
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（3）光模式强度调制
当光纤之间状态发生变化时，会引起光纤中的模式耦合，其 中有些导波模变成了辐射模，从而引起损耗，
一是作为领导பைடு நூலகம்部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
在光纤中传输的光波可用如下形式的方程描述：
光纤传感器按被调制的光波参数不同可分为：
强度调制光纤传感器 相位调制光纤传感器 频率调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器 波长(颜色)调制光纤传感器
光在不同介质中，光速不同，但频率不变， 所以波长变，波长一般指真空中的波长。
2.折射率
nc v
rr 连接光学和电磁学的桥梁。
n
介
真
质
空
中
中
rvt
nn
nr
实验证明：对人眼视觉和感光仪器起作用的主要是光的振 动部分，所以，一般用电振动矢量来代表光的振动。
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1. 强度调制机理
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变形器的位移改变了弯曲处的模振幅，从而产生强 度调制。
对于抛物线(或平方律或梯度)折射率分布的光纤． 变形器的临界空间周期为
对于阶跃光纤
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