传感器光纤传感器优秀课件

2）斯乃尔定律（Snell‘s Law)——折射定律
折射定律 ：折射光线位于入射光线和法线所决定的 平面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，
且满足：n1sin1=n2sin 2
sin2
n1 n2
sin1
光折射示意图 n1、 n2 分别为介质1、2的折射率
传感器技术及应用 光纤基础知识 基本原理 折射定理 光的全内反射定理 光导纤维 结构 数值孔径 分类 光纤的特性指标 光纤传感器 工作分类及原理 元件型、传光型 常用的光强调制技术 外调制 应用举例 反射型 透光型 Brag光栅传感器 工作原理 应用
n1 n0
1
n2 n1
sin2
2
1 n0
n12n22sin22
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3）光的全内反射原理
（1）当光由光密介质（大折射率n1）射向光疏介质
（小折射率n2）时，2> 1
（2）折射的临界状态：使2＝ 90
的入射角1 称为临界角c
sin c
n2 n1
（3）全反射： 当1> c， 2> 90，在界面上发生全反射
临界状态示意图
光全反射示意图
光折射示意图
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2）数值孔径NA——光纤集光性能参数
光纤端面入射角θ0与包层中折射角 2之间关系
n0sinθ0=n1sinθ1 n1sin 1=n2sin 2 sinθ0=(n1/n0)sinθ1 sin 1 =(n2/n1)sin 2
sin0 nnnn1010 scions9(011)
n1 n0
1sin2 1
缘强度，防爆性好， 灵敏度高，能与数字通信系统兼容等。 被测量范围广： 温度、压力、应变、位移、速度、加速度、
磁、电、 声和PH值等70多个物理量； 应用领域： 自动控制、 在线检测、 故障诊断、安全报
警等方面
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2、光导纤维——光纤
1） 构
纤芯：玻璃纤维，折射率n1 包层：与纤芯同质，
折射率n2 <n1
成
护套：塑料，
光线①：非全反射，能量迅速衰减，消失 光线②：在纤芯-包层界面上全反射，不衰减 导光原理：光线在纤芯中全反射传播
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一、 光纤 1、 基本原理
1）几何光学的基本定义和定律
光在均匀介质中：直线传播 在两介质1和2的界面上发生：
反射 折射
反射角＝入射角θ1 折射角θ2
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光线刚好不发生折射，
则即临：界 入2 =射90角º：
sincn10 n12 n22
θc=arc sin NA 为“数值孔径”NA(Numerical Aperture)。
当光线发生全反射时，
2 >90º，则θ0<θc=arc sin NA 当 2 < 90º时，θ0>θc=arcsin NA，光线消失。
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来自百度文库
光纤传感器的特点：
优点： 不受电磁干扰，可绕曲，耐腐蚀， 高绝
数值孔径的大小由纤芯和包层材料性质决定
s
inc
1 n0
n12n22 NA
❖ 数值孔径NA对光传输的影响：
大的数值孔径，有利于耦合效率的提高。
但数值孔径大， 光信号将产生大的“模色 散”会使信号发生严重畸变
➢ 典型的光纤θ≈10°（sin 10° ＝0.175）
➢ 石英光纤的NA＝0.2～0.4
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3）光纤的类型
（1）按折射率变化分类 a) 阶跃型（stepped） 纤芯与包层之间的折射率是突变的， b) 渐变型（graded） 在纤芯横截面中心处折射率最大其
值为n1 ，由中心向外逐渐变小到 与包层交界处折射率n2 ， 通常折射率变化为抛物线型式，又 称为梯度型。
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数值孔径的意义是：无论光源发射功率有多大，只 有2θc 张角之内的光功率被光纤接受传播。
数值孔径是反映纤芯集光性能的主要参数。
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