光纤法珀传感器PPT
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传感器9 光纤传感器幻灯片PPT
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(c) 拾光型光纤传感器
用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的 光或被其反射、散射的光。
典型例子： 光纤激光多普勒速度计 辐射式光纤温度传感器
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9.2 光调制与解调技术
光就是一种横波，
光的电矢量E E B si n t ()
可以用被测量调制光的不同参数，例如： 光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制
9.1.1 光纤波导原理 光纤波导简称光纤，是用透光率高的电介质(石英、
玻璃、塑料等)构成的光通路。 由略圆大柱 于形 包内 层芯 的和 折包射层率组n2成。，而且内芯的折射率n1 通常直径为几微米到几百微米
光纤的构造
涂覆层 包层 纤芯
护套
光的反射、折射
当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到与 介质2的分界面上时，一局部能量反射回原介质；另 一局部能量那么透过分界面，在另一介质内继续传 播。
sin i n 1 2n2 2si2nr
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当θr =90°的临界状态时，对应的入射角为：
sin i0 n1 2n2 2
Sin θi0定义为“数值孔径〞NA〔Numerical Apertu
N s A ii0n n 12 i0 arN cs A
其中： (n 1 n 2)/n 1 相对折射率差
非功能型：利用其他敏感元件感受被测量的变化 ，光纤仅做为光的传输介质。所以也称为传光型传感 器．或混合型传感器。
a类：功能型 FF
b类：非功能 型NF
C类：拾光型 NF
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(a) 功能型〔全光纤型〕光纤传感器
光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是 敏感元件，光在光纤内受被测量调制。 优点：构造紧凑、灵敏度高。
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
《光纤传感器》PPT课件
芯中央开场向外随径向距离增加而逐渐减小,而在包层中折射
率保持不变。
阶跃折射率光纤
渐变折射率光纤
n (r)
n (r)
纤芯
n 1
n 2
折射率分布
包层
r (a )
r (b )
阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。
梯度型：折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线那么逐步降 低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。
siin n n 1 0 1 n n 1 2sirn 2 n 1 0 n 1 2 n 2 2s2 in r
n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般为空气，故n０≈1，nl为纤芯折 射率，n2为包层折射率。当n０=1时
siinn1 2n2 2si2n r
当θr=90º的临界状态时，θi=θi0
〔2〕 按传播模式的多少分类
单模光纤:通常是指阶跃型光纤中的纤芯尺寸很小(通常 仅几微米)、光纤传播的模式很少、原那么上只能传送一种 模式的光纤(通常是芯径很小的低损耗光纤)。这类光纤传输 性能好(常用于干预型传感器),制成的传感器较多模传感器有 更好的线性、更高的灵敏度和动态测量范围。但单模光纤由 于纤芯太小、制造、连接和耦合都很困难。
3. 传播损耗
损耗原因：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。传播损耗〔单位为dB〕
Aa l 10g1I0 I
l—光纤长度； a—单位长度的衰减； I0—光导纤维输入端光强； I—光导纤维输出端光强。
与光纤耦合的电光与光电转换器件
实现电光转换的元件通常是发光二极管 或激光二极管。
光的全反射
当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将 相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这
《光纤及光纤传感器》课件
光纤及光纤传感器
延时符
Contents
目录
光纤基础知识光纤的结构与分类光纤传感器的工作原理光纤传感器的应用光纤传感器的发展趋势与挑战
延时符
光纤基础知识
当光从低折射率介质入射到高折射率介质时，若入射角大于临界角，光将在界面上发生全内反射。
反射光与入射光的强度之比称为反射系数，透射光与入射光的强度之比称为透射系数。
反射系数与透射系数
全内反射
两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，产生明暗相间的干涉现象。
光的干涉
光波遇到障碍物时，偏离直线方向传播的现象称为光的衍射。
光的衍射
延时符
光纤的结构与分类
01
02
为了提高光纤的机械强度和耐久性，光纤的外层通常涂覆一层塑料或树脂材料。
光纤的主要材料是二氧化硅，通过掺杂不同的元素可以改变其折射率和传输特性。
目前，光纤传感器主要应用于通信、工业、医疗等领域。如何拓展其在其他领域的应用，如生物科学、环保、航空航天等，是当前面临的一个重要挑战。
新材料与新结构的研究：探索新型光纤材料和结构，以提高光纤传感器的性能和功能。例如，研究具有特殊光学性质的新型光纤材料，或者设计具有特殊结构的光纤传感器。
稳定性问题
Hale Waihona Puke 01光纤传感器易受到环境因素的影响，如温度、湿度等，这会影响其长期稳定性和可靠性。因此，提高光纤传感器的环境稳定性是当前面临的一个重要挑战。
成本问题
02
虽然光纤传感器的性能优异，但由于其制造过程复杂，成本相对较高。因此，降低光纤传感器的成本是推动其广泛应用的关键因素之一。
应用领域限制
03
分布式光纤传感器
光纤传感器的基本原理是利用光在光纤中传播时产生的相位、振幅、偏振态等变化来检测被测量，通过分析这些变化与被测量的关系，实现传感目的。
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》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。
第4章 光纤光栅传感器ppt课件
优点：结构紧凑、灵敏度高。 缺点：须用特殊光纤，成本高， 典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。
ppt精选版
31
(2)非功能型传感器 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。
ppt精选版
32
(b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器
ppt精选版
3
①电绝缘性能好。
②抗电磁干扰能力强。
③非侵入性。
④高灵敏度。
⑤容易实现对被测信号的远距离监 控。
光纤传感器可测量位移、速度、加
速度、液位、应变、压力、流量、振
动、温度、电流、电压、磁场等物理
量
ppt精选版
4
光纤的结构
涂覆层 包层 纤芯
护套
ppt精选版
5
光纤的传光原理
ppt精选版
6
ppt精选版
41
（c）频率调制光纤传感器
被测对象引起的光频率的变化来进行监测 利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速
度、流速、振动、压力、加速度传感器； 利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓
度或监测大气污染的气体传感器； 利用光致发光的温度传感器等。
ppt精选版
42
（d）相位调制传感器
14
光纤导光
n0sini n1sinj n1sinkn2sinr
ppt精选版
15
sini (n1/n0)sinj j 90k
sini (n1/n0)sin9(0k)nn10 cosk
n1 n0
1sin2k
sin in n 1 0 1(n n 1 2sin r)2n 1 0 n 1 2n2 2si2nr
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31
(2)非功能型传感器 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。
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32
(b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器
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3
①电绝缘性能好。
②抗电磁干扰能力强。
③非侵入性。
④高灵敏度。
⑤容易实现对被测信号的远距离监 控。
光纤传感器可测量位移、速度、加
速度、液位、应变、压力、流量、振
动、温度、电流、电压、磁场等物理
量
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4
光纤的结构
涂覆层 包层 纤芯
护套
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5
光纤的传光原理
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6
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41
（c）频率调制光纤传感器
被测对象引起的光频率的变化来进行监测 利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速
度、流速、振动、压力、加速度传感器； 利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓
度或监测大气污染的气体传感器； 利用光致发光的温度传感器等。
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42
（d）相位调制传感器
14
光纤导光
n0sini n1sinj n1sinkn2sinr
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15
sini (n1/n0)sinj j 90k
sini (n1/n0)sin9(0k)nn10 cosk
n1 n0
1sin2k
sin in n 1 0 1(n n 1 2sin r)2n 1 0 n 1 2n2 2si2nr
《光纤传感器》课件
光纤传感器的应 用：广泛应用于 航空航天、医疗、 工业等领域，如 光纤陀螺仪、光 纤温度传感器等
光的调制技术：通过改变光的强度、相位、频率等参数，实现对信息的编码和传 输
光纤传感器的工作原理：利用光的调制技术，将待测物理量转换为光信号，通过 光纤传输到接收端，进行检测和处理
光的调制技术在光纤传感器中的应用：通过光的调制技术，可以实现对温度、压 力、流量等物理量的高精度测量
工作原理：利用光纤对温度敏 感的特性进行测量
特点：精度高、响应速度快、 抗干扰能力强
应用实例：温度监测、温度控 制、温度补偿等
应用领域：广泛应用于工业、医疗、航空航天等领域 工作原理：通过光纤的折射率变化来测量压力 特点：高精度、高灵敏度、抗干扰能力强 应用实例：在飞机发动机、汽车发动机、液压系统中的应用
应用领域：广泛应 用于工业自动化、 机器人、航空航天 等领域
工作原理：利用光 纤的弹性和光学特 性，测量物体的位 移变化
特点：精度高、 响应速度快、抗 干扰能力强
实例：在汽车制造、 机械加工、电子设 备等领域的应用
应用领域：广泛应 用于石油、化工、 食品、医药等行业
工作原理：利用光 纤的折射率变化来 测量液位
提高灵敏度：通过优化光纤结构和材料，提高传感器的灵敏度 降低成本：通过优化生产工艺和材料选择，降低传感器的生产成本 提高稳定性：通过优化传感器设计和材料选择，提高传感器的稳定性和可靠性 提高兼容性：通过优化传感器设计和材料选择，提高传感器与其他设备的兼容性和互操作性
应用领域：工业、医疗、科研 等领域
量测量
应用领域：化 工、环保、食 品、医药等行
业
工作原理：利 用光纤对光的 敏感性，检测 液体或气体的
浓度
《光纤应变传感器》课件
2 技术不断升级
新的材料和技术的出现使 光纤应变传感器更加灵敏 和精确
3 未来发展前景
光纤应变传感器有望在智 能化、自动化等领域得到 广泛应用
总结
1 光纤应变传感器的原理和优点
结合光纤和应变传感器的优点，实现高精度 和高灵敏度的测量
2 应用和发展趋势的展望
光纤应变传感器在水利工程、航空航天等领 域的应用将继续扩大
《光纤应变传感器》PPT 课件
光纤应变传感器是将光纤和应变传感器结合的一种传感器，利用光纤的折射 率和长度的改变，实现对应变程度的测量。
什么是光纤应变传感器？
1 光纤传感器
利用光纤的特性进行测量 和监测
2 应变传感器
测量物体在受力作用下的 应变程度
3 结合光纤和应变传感
器的优点
结合光纤传感器的高精度 和应变传感器的高灵敏度
光纤应变传感器的原理
1 光纤的折射率
光纤的折射率随应变程度的改变而改变
3 光纤长度与应变程度的关系
光纤的长度变化与应变程度成正比
2 光纤长度的改变
应变使光纤的长度发生微小变化
光纤应变传感器的优点
1 高精度
能够实现精确的应变测量
3 良好的可重复性
测量结果稳定可靠，具有较好的重复性
2 高灵敏度
能够检测微小的应变变化
4 适用于恶劣环境
能够在高温、高压、强辐射等恶劣环境下工作
光纤应变传感器的应用
水利工程
用于检测大坝、桥梁等结构的应变变化
建筑工程
用于监测楼房、桥梁等建筑物的变形情况
航空航天
应用于飞机、火箭等航空器的结构健康监测
其他领域
广泛应用于能源、交通、军事等领域
光纤应变传感器的发展趋势
光纤及光纤传感器PPT课件
④ 综合业务光纤接入网
市级城市的一二级电信主干，银行，部队，邮局，铁 路等的电信局域网
TV 622M SDH PSTN/ISDN
业务分配节点 (COT)
DDN/ FR SNMP ATM
业务接入节点（RT）
100/1000M E1/BRA/PRA 155M
Internet骨干网
Q3
网管
与电信网管中心相连 典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构
由于光纤和半导体激光器的技术进步， 使 1970 年成为光纤通信发展的一个重 要里程碑
实用光纤通信系统的发展
•
• • • •
1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现
场试验。 1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系
1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近 了光纤最低损耗的理论极限。
1970 年，光纤通信用光源取得了实质性的进展 •
1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室 温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个 小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。
光纤通讯简介 1·1 1· 2
1.2.1 光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的优点 1.2.3 光纤通信的应用
光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信 1.1.2 现代光纤通信 1.1.3 国内外光纤通信发展的现状
1· 3 光纤通信系统的基本组成
传感器技术-光纤传感器29页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
传感器技术-光纤传感器
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德ห้องสมุดไป่ตู้行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
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B /2 B /2
2 R[1 cos(
4
L)]d
• 最终输出I与腔长、波长均有关
解调方法
• 由上式和上图可看出，腔长的信息包含传感器输 出的整体光谱当中，不同的腔长L对应于不同的光 谱分布，不同的光谱分布在相同的区段内相位是 完全不同的，即相位与腔长具有严格对应关系。
解调方法
• 因为光谱分布是多个单波长信息的组合， 其信息量远大于单波长条件下的光强输出 的信息量，因此能够提高解调精度。 • 目前最常用的相位解调方法主要有条纹计 数法、离散腔长变换法、可调谐滤波器法 以及菲索干涉仪法等。
简 介
• 光学法珀干涉仪(FPI)，有时也叫做法珀标 准器。它是由两个反射系数分别为R1和R2 的反射镜组成。两个反射镜之间是长度为L 的干涉腔。 • 由于FPI的工作原理是通过两个反射面之 间的距离来测量被侧点的变化，所以在传 感领域，它可以被做的相当小。和其他种 类的光纤传感干涉仪，比如Mach-Zehnder 干涉仪、Michelson干涉仪、Sagnac干涉仪 等不同，FPI不需要光纤耦合器。
• 2.当反射率远小于1时，
I R 2 R (1 cos
4 L
)Ii
• 可以看出，当入射光强一定的时候，传感 器的腔长是波长和输出光强的函数。也就 意味着，如果腔长发生变化，将会导致输 出光强和波长分布的变化。
基本原理及分类
• • • •
分类： 本征型光纤法珀传感器(IFPI) 非本征型光纤法珀传感器(EFPI) 线性复合腔光纤法珀传感器(ILFP)
I R I0 L
解调方法
• 优点： • 简单、直接、成本低廉 • 缺点： • 抗干扰能力差，测量精度不高，后续误差 补偿电路复杂，需要控制腔长制造精度等。
解调方法
• 相位解调： 4 nL • 利用 的相位关系实现对腔长L的求 解。 • 采用宽带光源，传感器的输出变为：
I
解调方法
• 外界参量作用于光纤法珀腔时，是通过改 变传感器的腔长L影响其输出光信号IR。 • 因此光纤法珀传感器的腔长L是反映被测对 象的关键参数，而光纤法珀传感器的信号 解调，就是由其输出光信号IR求解出腔长L。 • 解调方式主要分为强度解调和相位解调。
解调方法
• 强度解调： • 利用波长为 单色光源，在镜面反射率R比 较小的情况下，可得公式 4 L I R 2 R (1 cos )I0 • 当腔长L的变化范围较小时，上式可简化为 近似线性关系：
基本原理及分类
• 在F-P腔中往返一次所产生的相移大小为
4 nL
• 因为反射镜是电介质，所以会附加π/2的相 移
基本原理及分类
• 当反射率均为R时，根据经典的多光束干涉 公式，得 • 反射光强 透射光强
2 R(1 cos
2
4 nL
IR
) Ii
1 R 2 R cos Nhomakorabea4 nL
• 理论计算：
假设镜面的反射率和透射率分别为R和T，且有T+R=1。对 其余的损耗，如反射镜对光的吸收或者散射，均忽略不计， 则有反射率RFP和折射率TFP分别为：
RFP TFP
R1 R2 2 R1 R 2 cos 1 R1 R2 2 R1 R2 cos
T1T2 1 R1 R2 2 R1 R2 cos
复用技术
• 强度解调型光纤法珀传感器的波分复用
复用技术
• 相位解调型光纤法珀传感器的空分复用
应 用
• 封装
• 温度测量 • 应变测量
精品课件！
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IT
(1 R ) 2 1 R 2 R cos
2
4 nL
Ii
基本原理及分类
• 简单讨论： • 1.由上式可知，透射光干涉光强的最大值为 Ir，最小值为 2
1 R Ir 1 R
• 可见，反射率R越大，干涉光强变化越显著， 即有高的分辨率。
基本原理及分类
简 介
• 结构尺寸小，可以通过空分、时分、频分、 相关复用等手段大大降低多点监测的成本 等原因促使FPI发展迅猛并且应用广泛。
基本原理及分类
• F-P腔示意图
光纤法珀传感器是由光学法珀传感器发展而来的， 它是由两块端面镀以高反射膜、间距为d、相互严格 平行的光学平行平板组成的光学谐振腔。
基本原理及分类
2 R[1 cos(
4
L)]d
• 最终输出I与腔长、波长均有关
解调方法
• 由上式和上图可看出，腔长的信息包含传感器输 出的整体光谱当中，不同的腔长L对应于不同的光 谱分布，不同的光谱分布在相同的区段内相位是 完全不同的，即相位与腔长具有严格对应关系。
解调方法
• 因为光谱分布是多个单波长信息的组合， 其信息量远大于单波长条件下的光强输出 的信息量，因此能够提高解调精度。 • 目前最常用的相位解调方法主要有条纹计 数法、离散腔长变换法、可调谐滤波器法 以及菲索干涉仪法等。
简 介
• 光学法珀干涉仪(FPI)，有时也叫做法珀标 准器。它是由两个反射系数分别为R1和R2 的反射镜组成。两个反射镜之间是长度为L 的干涉腔。 • 由于FPI的工作原理是通过两个反射面之 间的距离来测量被侧点的变化，所以在传 感领域，它可以被做的相当小。和其他种 类的光纤传感干涉仪，比如Mach-Zehnder 干涉仪、Michelson干涉仪、Sagnac干涉仪 等不同，FPI不需要光纤耦合器。
• 2.当反射率远小于1时，
I R 2 R (1 cos
4 L
)Ii
• 可以看出，当入射光强一定的时候，传感 器的腔长是波长和输出光强的函数。也就 意味着，如果腔长发生变化，将会导致输 出光强和波长分布的变化。
基本原理及分类
• • • •
分类： 本征型光纤法珀传感器(IFPI) 非本征型光纤法珀传感器(EFPI) 线性复合腔光纤法珀传感器(ILFP)
I R I0 L
解调方法
• 优点： • 简单、直接、成本低廉 • 缺点： • 抗干扰能力差，测量精度不高，后续误差 补偿电路复杂，需要控制腔长制造精度等。
解调方法
• 相位解调： 4 nL • 利用 的相位关系实现对腔长L的求 解。 • 采用宽带光源，传感器的输出变为：
I
解调方法
• 外界参量作用于光纤法珀腔时，是通过改 变传感器的腔长L影响其输出光信号IR。 • 因此光纤法珀传感器的腔长L是反映被测对 象的关键参数，而光纤法珀传感器的信号 解调，就是由其输出光信号IR求解出腔长L。 • 解调方式主要分为强度解调和相位解调。
解调方法
• 强度解调： • 利用波长为 单色光源，在镜面反射率R比 较小的情况下，可得公式 4 L I R 2 R (1 cos )I0 • 当腔长L的变化范围较小时，上式可简化为 近似线性关系：
基本原理及分类
• 在F-P腔中往返一次所产生的相移大小为
4 nL
• 因为反射镜是电介质，所以会附加π/2的相 移
基本原理及分类
• 当反射率均为R时，根据经典的多光束干涉 公式，得 • 反射光强 透射光强
2 R(1 cos
2
4 nL
IR
) Ii
1 R 2 R cos Nhomakorabea4 nL
• 理论计算：
假设镜面的反射率和透射率分别为R和T，且有T+R=1。对 其余的损耗，如反射镜对光的吸收或者散射，均忽略不计， 则有反射率RFP和折射率TFP分别为：
RFP TFP
R1 R2 2 R1 R 2 cos 1 R1 R2 2 R1 R2 cos
T1T2 1 R1 R2 2 R1 R2 cos
复用技术
• 强度解调型光纤法珀传感器的波分复用
复用技术
• 相位解调型光纤法珀传感器的空分复用
应 用
• 封装
• 温度测量 • 应变测量
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IT
(1 R ) 2 1 R 2 R cos
2
4 nL
Ii
基本原理及分类
• 简单讨论： • 1.由上式可知，透射光干涉光强的最大值为 Ir，最小值为 2
1 R Ir 1 R
• 可见，反射率R越大，干涉光强变化越显著， 即有高的分辨率。
基本原理及分类
简 介
• 结构尺寸小，可以通过空分、时分、频分、 相关复用等手段大大降低多点监测的成本 等原因促使FPI发展迅猛并且应用广泛。
基本原理及分类
• F-P腔示意图
光纤法珀传感器是由光学法珀传感器发展而来的， 它是由两块端面镀以高反射膜、间距为d、相互严格 平行的光学平行平板组成的光学谐振腔。
基本原理及分类