光纤微弯传感器
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• 光纤微弯传感器通过外界因素导致光纤发生微弯变化， 进而导致光纤传输光强变化来反映或者测量待测量变化， 属于非功能型光纤传感器。
二、光纤微弯传感器的基本原理分析
弯曲损耗的机理
现代光纤最重要的优点之一就是它的易弯曲性， 如果光纤弯曲的曲率半径太小，将引起光的传播 途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至有可 能穿过包层向外渗漏。在正常情况下，光在光纤
单模光纤中的微弯损耗是依赖于波长的，即单模光纤对微弯损耗的 敏感性随着波长的增加会有少 量的增长，产生这种变化的物理原因是因为较长的波长会使MFD增加， 从而使更多的功率辐射到纤芯外。
– 微弯效应wenku.baidu.com
光纤的弯曲将会引起光纤中的传导模与 辐射模之间产生耦合，从面使一部分导模 泄漏到包层中去，通过检测光纤中的传导 光功率或包层中辐射模功率的变化，就能 测出位移或压力大小。引起微弯板变化的 物理量有温度、压力、位移等。
– 光模式强度调制原理
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，这就 是微弯损耗。在光纤微弯传感器中，微弯处一般弯曲成正 弦状，设微弯部分的空间周期为Λ，振幅为A，如下图所 示
光纤周期Λ
微弯板
振幅4A
光纤
微弯板 光模式强度调制原理
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，
δ，使之与光纤导波模间的传播系数相当，满足 条件δ=2 π Δβ 。当外界因素使变形器产生位移时， 嵌入其中的光纤因弯曲引起各相邻模式间的有效耦合，导 波模不断转换成包层模，发生辐射损耗，导致光纤中传输 的光功率明显下降。
（3）另外，结合OTDR，利用微弯损耗可以准确找出光 纤接续点，确定光纤序号，判定高损耗点等。
（3）熔接机：使用弯曲损耗来控制熔接质量。熔接是 通过将光纤的端面熔化后将两根光纤连接在一起的过程， 这个过程与金属焊接过程类似。
（4）光纤识别仪：光纤识别仪是一种利用光纤弯曲效 果的仪器。当将一根光纤弯曲时,有些光会从光纤中辐射 出来，这些光就会被光纤识别仪检测到，在不切断光纤、 不中断通信的条件下，技术人员根据这些光可以将多芯光 纤或单根光纤从其他光纤中识别出来，并检测光的状态及 方向。大多数的光纤识别仪用于波长为1 310 nm或1 550 nm的单模光纤光缆。
微弯损耗的机理
所谓微弯损耗就是光纤受到不均匀应力的作用，例如受到侧压力或 者套塑光纤受到温度变化时， 光纤轴产生微小不规则弯曲，其结果是传导模变换为辐射模而导致光能 损耗。
微弯是一些随机的、曲率半径可以与光纤的横截面尺寸相比拟的畸 变。
纤芯包层接口在几何上的不完善可能会造成在相应区域上微观的凸 起或凹陷。尽管光是在光纤的 直分段中传输，光束碰到这些不完善的地方会改变其方向。光束最初以 临界传播角传输，经过在这些 不完善点处的反射以后，传播角会发生变化，结果就是不再满足全内反 射条件，部分光被折射掉，即 泄露出纤芯，这就是微弯损耗的机制。
感器 • 在复合材料成型表征中的应用 • 光纤微弯型悬梁传感器 • 用于编织复合材料应变检测
• 弯曲损耗的利用
（1）模式过滤器：过滤就是对高级模式的去除，只要 弯曲一下，光纤就可以作为模式过滤器。
（2）衰减器：衰减器是在控制状态下减少传输功率的 装置。有一类衰减器只要将用于传输的光纤转几圈就可以 了，根本不需要引入外部器件，使用这种衰减器，可以通 过控制光纤以给定的半径所转的圈数来控制衰减量。
• 光纤传感器及应用
班 级：光电08305班 组 员：占志武 祝 李 余新旺 指导老师：张 森 时 间：2010.10.8
任务目标
• 掌握光纤微弯传感器原理 • 掌握光纤微弯传感器系统结构组成 • 掌握光纤微弯传感器探头的设计与制作 • 了解光纤微弯传感器的相关应用
一、光纤微弯传感器的简单介绍
• 当光纤状态发生变化时，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，这就是微弯 损耗，光纤的微弯损耗远远大于光纤的宏弯损耗，光纤既 传光又传感，可划分为传感型光纤传感器。微弯式光纤传 感器是根据光纤微弯变形引起纤芯或包层中传输的光载波 强度变化的原理制成的全光纤型传感器。微弯式传感技术 可分为亮场型和暗场型两种。前者是通过对光纤芯中光强 度的变化来实现信号能量的转换；而后者则检测包层中的 光信号。
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。
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
三、光纤传感器的应用
• 光纤微弯压力传感器 • 微弯光纤水声传感器 • 微弯光纤位移传感器 • 基于OTDR用于工程监测的光纤微弯应变传
• 光纤微弯损耗效应在检测与自控技术中的 几种应用
（1）光纤微弯及多圈螺旋式传感器 光纤微弯可有多种弯曲变形形式,当被测物受到外界影响 时，光纤发生弯曲变形，通过检测光纤内传输的光功率变 化量而定出被测量。为了提高灵敏度，将微弯曲传感光纤 做成多圈螺旋管状。 （2）齿条式传感器 这种传感器结构的形式，可适当选择齿条式传感器的齿
β应满足：n2k0＜β＜ n1k0 。当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行传 输，要想保持同相位的电场和磁场在一个平面里， 则越靠近外侧，其速度就会越大。当传到某一位 置时，其相速度就会超过光速，这意味着传导模 要变成辐射模，所以，光束功率的一部分会损耗 掉，这也就意味着衰减将会增加。光纤成缆、现 场敷设、光缆接头等场合都会引起光纤的弯曲损 耗。
二、光纤微弯传感器的基本原理分析
弯曲损耗的机理
现代光纤最重要的优点之一就是它的易弯曲性， 如果光纤弯曲的曲率半径太小，将引起光的传播 途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至有可 能穿过包层向外渗漏。在正常情况下，光在光纤
单模光纤中的微弯损耗是依赖于波长的，即单模光纤对微弯损耗的 敏感性随着波长的增加会有少 量的增长，产生这种变化的物理原因是因为较长的波长会使MFD增加， 从而使更多的功率辐射到纤芯外。
– 微弯效应wenku.baidu.com
光纤的弯曲将会引起光纤中的传导模与 辐射模之间产生耦合，从面使一部分导模 泄漏到包层中去，通过检测光纤中的传导 光功率或包层中辐射模功率的变化，就能 测出位移或压力大小。引起微弯板变化的 物理量有温度、压力、位移等。
– 光模式强度调制原理
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，这就 是微弯损耗。在光纤微弯传感器中，微弯处一般弯曲成正 弦状，设微弯部分的空间周期为Λ，振幅为A，如下图所 示
光纤周期Λ
微弯板
振幅4A
光纤
微弯板 光模式强度调制原理
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，
δ，使之与光纤导波模间的传播系数相当，满足 条件δ=2 π Δβ 。当外界因素使变形器产生位移时， 嵌入其中的光纤因弯曲引起各相邻模式间的有效耦合，导 波模不断转换成包层模，发生辐射损耗，导致光纤中传输 的光功率明显下降。
（3）另外，结合OTDR，利用微弯损耗可以准确找出光 纤接续点，确定光纤序号，判定高损耗点等。
（3）熔接机：使用弯曲损耗来控制熔接质量。熔接是 通过将光纤的端面熔化后将两根光纤连接在一起的过程， 这个过程与金属焊接过程类似。
（4）光纤识别仪：光纤识别仪是一种利用光纤弯曲效 果的仪器。当将一根光纤弯曲时,有些光会从光纤中辐射 出来，这些光就会被光纤识别仪检测到，在不切断光纤、 不中断通信的条件下，技术人员根据这些光可以将多芯光 纤或单根光纤从其他光纤中识别出来，并检测光的状态及 方向。大多数的光纤识别仪用于波长为1 310 nm或1 550 nm的单模光纤光缆。
微弯损耗的机理
所谓微弯损耗就是光纤受到不均匀应力的作用，例如受到侧压力或 者套塑光纤受到温度变化时， 光纤轴产生微小不规则弯曲，其结果是传导模变换为辐射模而导致光能 损耗。
微弯是一些随机的、曲率半径可以与光纤的横截面尺寸相比拟的畸 变。
纤芯包层接口在几何上的不完善可能会造成在相应区域上微观的凸 起或凹陷。尽管光是在光纤的 直分段中传输，光束碰到这些不完善的地方会改变其方向。光束最初以 临界传播角传输，经过在这些 不完善点处的反射以后，传播角会发生变化，结果就是不再满足全内反 射条件，部分光被折射掉，即 泄露出纤芯，这就是微弯损耗的机制。
感器 • 在复合材料成型表征中的应用 • 光纤微弯型悬梁传感器 • 用于编织复合材料应变检测
• 弯曲损耗的利用
（1）模式过滤器：过滤就是对高级模式的去除，只要 弯曲一下，光纤就可以作为模式过滤器。
（2）衰减器：衰减器是在控制状态下减少传输功率的 装置。有一类衰减器只要将用于传输的光纤转几圈就可以 了，根本不需要引入外部器件，使用这种衰减器，可以通 过控制光纤以给定的半径所转的圈数来控制衰减量。
• 光纤传感器及应用
班 级：光电08305班 组 员：占志武 祝 李 余新旺 指导老师：张 森 时 间：2010.10.8
任务目标
• 掌握光纤微弯传感器原理 • 掌握光纤微弯传感器系统结构组成 • 掌握光纤微弯传感器探头的设计与制作 • 了解光纤微弯传感器的相关应用
一、光纤微弯传感器的简单介绍
• 当光纤状态发生变化时，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，这就是微弯 损耗，光纤的微弯损耗远远大于光纤的宏弯损耗，光纤既 传光又传感，可划分为传感型光纤传感器。微弯式光纤传 感器是根据光纤微弯变形引起纤芯或包层中传输的光载波 强度变化的原理制成的全光纤型传感器。微弯式传感技术 可分为亮场型和暗场型两种。前者是通过对光纤芯中光强 度的变化来实现信号能量的转换；而后者则检测包层中的 光信号。
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。
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
三、光纤传感器的应用
• 光纤微弯压力传感器 • 微弯光纤水声传感器 • 微弯光纤位移传感器 • 基于OTDR用于工程监测的光纤微弯应变传
• 光纤微弯损耗效应在检测与自控技术中的 几种应用
（1）光纤微弯及多圈螺旋式传感器 光纤微弯可有多种弯曲变形形式,当被测物受到外界影响 时，光纤发生弯曲变形，通过检测光纤内传输的光功率变 化量而定出被测量。为了提高灵敏度，将微弯曲传感光纤 做成多圈螺旋管状。 （2）齿条式传感器 这种传感器结构的形式，可适当选择齿条式传感器的齿
β应满足：n2k0＜β＜ n1k0 。当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行传 输，要想保持同相位的电场和磁场在一个平面里， 则越靠近外侧，其速度就会越大。当传到某一位 置时，其相速度就会超过光速，这意味着传导模 要变成辐射模，所以，光束功率的一部分会损耗 掉，这也就意味着衰减将会增加。光纤成缆、现 场敷设、光缆接头等场合都会引起光纤的弯曲损 耗。