光纤传感网(刘铁根等 著)思维导图
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《光纤传感技术》课件第2章
近年来， 国内的光纤传感研究覆盖了大型结构工程、 电 力、 石油、 化工和军事等众多领域， 基于光纤干涉仪原理、 光纤微弯原理、 法拉第效应、 Sagnac效应的各类光纤传感器 已经取得了许多研究成果， 并得到了实际应用。 很多高等院 校和研究院所也在光纤传感方面投入了大量的人力和物力， 如清华大学、 北京交通大学、 哈尔滨工程大学、 燕山大学、 武汉理工大学、 重庆大学、 上海大学等高校都在光纤传感方 面取得了许多研究成果。 目前全国从事光纤传感技术研究的 人员达近千名左右， 已形成了一支重要的研究队伍， 为我国 的光纤传感的发展贡献着重要的力量。
使有源区产生足够多的粒子数反转是使半导体激光二极管 发射激光的首要条件。 另一个条件是半导体激光二极管中必 须存在光学谐振腔， 并在谐振腔里建立起稳定的振荡。 有源 区里实现了粒子数反转后， 受激发射占据了主导地位， 但是， 激光二极管初始的光场来源于导带和价带的自发辐射， 频谱 较宽， 方向也杂乱无章。 为了得到单色性和方向性好的激光 输出， 必须构成光学谐振腔。 在半导体激光二极管中， 用晶 体的天然解理面(cleaved facets)构成法珀振腔。
图2-4 光在谐振腔中的稳定振荡
图2-5是对激光二极管起振阈值条件的简化描述， 只有当 泵浦电流达到阈值时， 高、 低能带上的电子密度差(Nc－Nv) 才达到阈值(Nc－Nv)th， 此时就产生稳定的连续输出相干光。 当泵浦超过阈值时， (Nc－Nv)仍然维持(Nc－Nv)th， 因为gth必 须保持不变， 所以多余的泵浦能量转变成受激发射， 使输出 功率增加。
半导体光源的特点有： （1） 体积小， 发光面积可以与光纤芯径相抵， 耦合效 率较高； （2） 发射波长适合在光纤中低损耗传输； （3） 可以直接进行强度调制， 即只要将信号电流注入半 导体激光器或发光二极管， 就可以得到相应的光信号输出； （4） 可靠性较高， 尤其是半导体激光器， 不仅发射功 率大、 耦合效率高、 响应速度快, 而且发射光的相干性也较好， 因此在一些高速率、 大容量的数字光纤通信系统中得到广泛 应用。
《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
返返 回回
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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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光纤传感器ppt
外界参数温度 压力 振动等引起光纤长度的变化和相位的光 相位变化;从而产生不同数量的干涉条纹;对它的模向移动进 行计数;就可测量温度或压力等
第12章 光纤传感器
反射式光纤位移传感器
➢ 利用光纤实现无接触位移测量 光源经一束多 股光纤将光信号传送至端部;并照射到被测物体 上 另一束光纤接受反射的光信号;并通过光纤 传送到光敏元件上 被测物体与光纤间 距离变化;反射到 接受光纤上;光通 量发生变化 再通 过光电传感器检测 出距离的变化
温度压力光纤传感器
✓ 中心——纤芯；
✓ 外层——包层；
包层
✓ 护套——尼龙料
性质
✓ 光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质;
✓ 纤芯折射率N1略大于包层折射率N2N1＞N2
第12章 光纤传感器
1光纤的结构和传输原理 ②光纤的传光原理： 光纤的传播基于光的全反射 当光线以不同角 度入射到光纤端面时;在端面发生折射后进入光纤； 光线在光纤端面入射角θ减小到某一角度θc时;光线
第12章 光纤传感器
2光纤的性能几个重要参数 ③传播损耗A
➢ 光纤在传播时;由于材料的吸收 散射和弯曲 处的辐射损耗影响;不可避免的要有损耗
用衰减率A表示：
A10lg(I1/I2)(dB/Km) l
I1 I2：两接收光纤的光强 在一根衰减率为10dB/Km的光纤中;表示当光纤传输
1Km后;光强下降到入射时的1/10
干涉现象 微小弯曲损失
散射损失
双波长透射率 变化
反射角变化
石英系玻璃 旋转圆盘
石英系玻璃 石英系玻璃 薄膜+膜条 C45H78O2+VL2255N
振子
薄膜
生成着色中心
光纤束成像 多波长传输 非线性光学
第12章 光纤传感器
反射式光纤位移传感器
➢ 利用光纤实现无接触位移测量 光源经一束多 股光纤将光信号传送至端部;并照射到被测物体 上 另一束光纤接受反射的光信号;并通过光纤 传送到光敏元件上 被测物体与光纤间 距离变化;反射到 接受光纤上;光通 量发生变化 再通 过光电传感器检测 出距离的变化
温度压力光纤传感器
✓ 中心——纤芯；
✓ 外层——包层；
包层
✓ 护套——尼龙料
性质
✓ 光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质;
✓ 纤芯折射率N1略大于包层折射率N2N1＞N2
第12章 光纤传感器
1光纤的结构和传输原理 ②光纤的传光原理： 光纤的传播基于光的全反射 当光线以不同角 度入射到光纤端面时;在端面发生折射后进入光纤； 光线在光纤端面入射角θ减小到某一角度θc时;光线
第12章 光纤传感器
2光纤的性能几个重要参数 ③传播损耗A
➢ 光纤在传播时;由于材料的吸收 散射和弯曲 处的辐射损耗影响;不可避免的要有损耗
用衰减率A表示：
A10lg(I1/I2)(dB/Km) l
I1 I2：两接收光纤的光强 在一根衰减率为10dB/Km的光纤中;表示当光纤传输
1Km后;光强下降到入射时的1/10
干涉现象 微小弯曲损失
散射损失
双波长透射率 变化
反射角变化
石英系玻璃 旋转圆盘
石英系玻璃 石英系玻璃 薄膜+膜条 C45H78O2+VL2255N
振子
薄膜
生成着色中心
光纤束成像 多波长传输 非线性光学
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 》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。
9-3光纤传感原理
第9章光纤传感原理与技术本章主要内容¾9.1克服困难过程中带来的副产品—光纤传感技术¾9.2 光纤传感器概述¾9.3 光纤传感原理¾9.4 空间编码光纤干涉投影轮廓测量术9.2 光纤传感器概述¾什么是传感器？¾什么是光纤传感器？¾光纤传感器的优点¾光纤传感器的基本工作原理¾光纤传感器的构成框图¾光纤传感器的分类及应用¾光纤传感器的发展趋势9.3 光纤传感原理9.3.1 强度调制原理一.利用光纤弯曲损耗进行强度调制（内调制）二.反射型光强度调制（外调制）三.透射型光强度调制（外调制）最典型的透射型强度调制光纤传感原理如图所示。
通常发送光纤不动，而接收光纤可以作横向位移、纵向位移或转动。
这样，接收光纤的输出光强被其位移(或角位移)调制。
在上述光强调制过程中，光源强度本身漂移将引起信号失真，因而需要增加强度参考通道。
双路接收透射式光强调制型光纤加速度计四.光闸型光强度调制（外调制）它是由发送光纤、受待测量控制的可动光闸和接收光纤所组成。
在发送光纤和接收光纤之间加入一定形式的光闸，对进入接收光纤的光束产生一定程度的遮挡，从而进行光强度调制。
光闸形式多种多样，如固体材料、液体、遮光片、光栅、码盘、待测物体本身等等。
遮光式光纤液位传感器五.利用光纤的吸收特性进行强度调制x、γ射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加，使光纤的输出功率降低，从而可以构成强度调制器，用来测量各种辐射量。
其原理如下图所示。
用不同材料制成的光纤对不同射线的敏感程度是不一样的，由此还可以鉴别不同的射线。
例如铅玻璃光纤对x、γ射线和中子射线特别灵敏，并且这种材料的光纤在小剂量射线照射时，具有较好的线性，可以测量射线的辐射剂量。
六.利用光纤模斑图进行强度调制多模光纤出射的远场光斑就像个切开的“西瓜”，并非“亮”、“暗”均匀分布，而是按一定规律分布。
光纤传感器基本原理PPT课件
运动体的返回信号大小取决于背向散射光强、媒质衰 减和光纤接收面积及数值孔径。 返回进入光纤的总功率Pr
53
5.5 波长调制机理
波长调制光纤传感器主要是利用传感探头的光频谱特性 随外界物理量变化的性质来实现的。此类传感器多为 非功能型传感器。
54
5.5.1 光纤pH探测技术
这种技术利用化学指示剂对被测溶液的颜色反应 来测量溶液的pH值.
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
4
5.2 强度调制机理
5
5.2.1 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.
6
输出光纤端面受光锥照 射的表面所占的百分比 为
7
56
5.2 光纤磷光探测技术
57
两个光电二极管的敏感 波长不同，一个对540 nm的光敏感，另一个 对630 nm的光敏感。经 光电二极管转换成电信 号，再经过电子电路进 行信号处理，得到相对 光强与温度变化的特性 曲线。经校正可以得到 输出相对光强与温度呈 线性关系。
58
5.5.3 光纤黑体探测技术
通过测量物体的热辐射能量确定物体表面温度是 非接触式测温技术。物体的热辐射能量随温度 提高而增加。对于理想“黑体”辐射源发射的 光谱能量可用热辐射的基本定律之一普朗克 (Plank)公式表述.
E 0 (,T ) C 1 3 (e c 2/T 1 ) 1
所谓“黑体”、就是能够完全吸收入射辐射，并 具有最大发射率的物体。
34
二、温度应变效应
仅考虑径向折射率变化时，其相位随温度变化为
35
5.3.2 光纤干涉仪
53
5.5 波长调制机理
波长调制光纤传感器主要是利用传感探头的光频谱特性 随外界物理量变化的性质来实现的。此类传感器多为 非功能型传感器。
54
5.5.1 光纤pH探测技术
这种技术利用化学指示剂对被测溶液的颜色反应 来测量溶液的pH值.
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
4
5.2 强度调制机理
5
5.2.1 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.
6
输出光纤端面受光锥照 射的表面所占的百分比 为
7
56
5.2 光纤磷光探测技术
57
两个光电二极管的敏感 波长不同，一个对540 nm的光敏感，另一个 对630 nm的光敏感。经 光电二极管转换成电信 号，再经过电子电路进 行信号处理，得到相对 光强与温度变化的特性 曲线。经校正可以得到 输出相对光强与温度呈 线性关系。
58
5.5.3 光纤黑体探测技术
通过测量物体的热辐射能量确定物体表面温度是 非接触式测温技术。物体的热辐射能量随温度 提高而增加。对于理想“黑体”辐射源发射的 光谱能量可用热辐射的基本定律之一普朗克 (Plank)公式表述.
E 0 (,T ) C 1 3 (e c 2/T 1 ) 1
所谓“黑体”、就是能够完全吸收入射辐射，并 具有最大发射率的物体。
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二、温度应变效应
仅考虑径向折射率变化时，其相位随温度变化为
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5.3.2 光纤干涉仪
光纤传感器原理与结构图
光纤传感器原理与结构图
以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。
它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。
光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。
由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。
由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。
这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。
可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。
传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。
光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。
它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。
因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E 的振动，即
A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率；
φ——光相位；t——光的传播时间。
可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。
第9章光纤传感器
第9章 光纤传感器
一.光纤的结构
光纤是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、 塑料等)构成的光通路。光纤的结构如图9.1所示， 它由折射率n1较大(光密介质)的纤芯，和折射率 n2较小(光疏介质)的包层构成的双层同心圆柱结 构。
图9.1 光纤的基本结构与波导
第9章 光纤传感器
二.传光原理
光的全反射现象是
第9章 光纤传感器 表9-1
第9章 光纤传感器
第9章 光纤传感器
第9章 光纤传感器
六.光纤传感器的发展趋势
光纤传感器具有很多的优点，是对以电为基 础的传统传感器的革命性变革，发展前景是极其 光明的。但是，目前光纤传感器的成本较高,在这 方面仍面临着传统传感器的挑战，存在着与传统 传感器和其它新型传感器的竞争问题。为此，有 必要说明光纤传感器的可能发展趋势： ① 当前应以传统传感器无法解决的问题作为光纤传 感器的主要研究对象。 ② 集成化光纤传感器。 ③ 多功能全光纤控制系统。 ④ 充分发挥光纤的低传输损耗特性，发展远距离监 测系统。 ⑤ 开辟新领域。
利用其它敏感元件感受被测的变化光纤仅作为传输介质传输来自远外或难以接光纤温度传感器光纤位移传感器光纤浓度传感器光纤电流传感器光纤流速传感器等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调制颜色光纤传感器在光纤中传输的光波
第9章 光纤传感器
第9章 光纤传感器
9.1 光纤传感器基础
第9章 光纤传感器
9.2.1 强度调制与解调
光纤传感器中光强度调制是被测对象引起载 波光强度变化，从而实现对被测对象进行检测的 方式。光强度变化可以直接用光电探测器进行检 测。
解调过程主要考虑的是信噪比是否能满足测 量精度的要求。
3.10 光纤传感器
sin 2
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n1
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光纤的结构和传光原理
B φ θ
0
n1 n2
d
A θ
0
C
图 3.100 光在光纤中的全反射
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光纤的结构和传光原理
只有能形成驻波的那些以特定角度射入光纤 的光才能在光纤内传播，形成驻波的光线组 称为模；它们是离散存在的，即某一种光纤 只能传输特定模数的光。 一般用麦克斯韦方程导出的归一化频率f作 为确定光纤传输模数的参数。f的值可由下式 确定： NA f 2r
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光纤传感器的调制
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光纤传感器的调制
纯光学效应相位调制可 将转动、压力等被测量 直接转变为光纤的光学 量变化，使光波相位变 化，从而获得干涉条纹 的变化。
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光纤传感器的调制
频率调制 频率调制并不以改变光纤的特性来实现调制， 光纤往往只是作为传输光信号的介质而非敏 感元件。目前，频率调制的机理主要是利用 光学多普勒效应，即单色光射到被测物体上 反射回来的光频率发生变化。例如，当频率 为的单色光照射到相对速度为v的运动物体上， f v 则反射光的频率表示为： f f (1 )
包层图399光纤的基本结构涂敷层外层下页上页返回2光纤的传光原理根据几何光学理论当光线以某一较小的入射角l由折射率较大的光密物质射向折射率较小的光疏物质时则一部分入射光以折射角2折射入光疏物质其余部分以l角度反射回光密物质根据光的折射定律光折射和反射之间关系为
光纤的结构和传光原理
（1）光纤的结构 光导纤维，简称光纤，是一种用于传输光信息的
光纤传感器的调制
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光纤的结构和传光原理
B φ θ
0
n1 n2
d
A θ
0
C
图 3.100 光在光纤中的全反射
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光纤的结构和传光原理
只有能形成驻波的那些以特定角度射入光纤 的光才能在光纤内传播，形成驻波的光线组 称为模；它们是离散存在的，即某一种光纤 只能传输特定模数的光。 一般用麦克斯韦方程导出的归一化频率f作 为确定光纤传输模数的参数。f的值可由下式 确定： NA f 2r
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光纤传感器的调制
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光纤传感器的调制
纯光学效应相位调制可 将转动、压力等被测量 直接转变为光纤的光学 量变化，使光波相位变 化，从而获得干涉条纹 的变化。
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光纤传感器的调制
频率调制 频率调制并不以改变光纤的特性来实现调制， 光纤往往只是作为传输光信号的介质而非敏 感元件。目前，频率调制的机理主要是利用 光学多普勒效应，即单色光射到被测物体上 反射回来的光频率发生变化。例如，当频率 为的单色光照射到相对速度为v的运动物体上， f v 则反射光的频率表示为： f f (1 )
包层图399光纤的基本结构涂敷层外层下页上页返回2光纤的传光原理根据几何光学理论当光线以某一较小的入射角l由折射率较大的光密物质射向折射率较小的光疏物质时则一部分入射光以折射角2折射入光疏物质其余部分以l角度反射回光密物质根据光的折射定律光折射和反射之间关系为
光纤的结构和传光原理
（1）光纤的结构 光导纤维，简称光纤，是一种用于传输光信息的
光纤传感器的调制