光纤检测技术

光纤的全反射
光导纤维简称光纤，它是以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细 ，虽比头发丝还细，却具有能把光封闭在其中，并沿轴向进行传播的特征
为了看清光的全反射，我们取一根无色有机玻璃圆棒，加热后弯曲成 约90°圆弧形，将其一头朝向地板，用手电筒照射有机玻璃棒的上端，我 们可以看到，光线顺着弯曲的有机玻璃棒传导，从棒的下端射出，在地板 上出现一个圆光斑，这就是光的全反射实验。
SM
b,a
MM
b
SM
b
MM
b
光纤传感器频率调制
多普勒效应 受激喇曼散射 光致发光
速度、流速、振动、加速度 气体浓度 温度
MM
C
MM
b
MM
b
光纤传感器的特点
（1）电绝缘。 （2）抗电磁干扰。 （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。
3 光纤传感器的应用
强度调制型： 光 基于弹性元件受压变形，将压力信号转换成位 纤 移信号来检测，常用于位移的光纤检测技术； 压 相位调制型： 力 传 利用光纤本身作为敏感元件； 感 偏振调制型： 器 主要是利用晶体的光弹性效应。
光纤流速及流量测量 光纤位移及压力测量 光纤电压电流测量 光纤液位传感器 光纤转速测量
MM
b
半导体透射率的变化
温度
MM
b
荧光辐射、黑体辐射
温度
MM
b
光纤微弯损耗
振动、压力、加速度、位移
SM
b
非
振动膜或液晶的反射
振动、压力、位移
MM
b
干
气体分子吸收
气体浓度
MM
b
涉
光纤漏泄模
液位
MM
b
型
光纤传感器偏振调制
法拉第效应 泡克尔斯效应 双折射变化 光弹效应
电流、磁场 电场、电压 温度 振动、压力、加速度、位移
光纤检测技术及应用
光纤检测技术简介
光纤传感优点：灵敏度较高；几何形状具有多方 面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器； 可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温 度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪 声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具 有与光纤遥测技术的内在相容性。
应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位 移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量 的测量
1 光导纤维的结构和导光原理
圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射 率略大于包层的折射率
斯乃尔定理
当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射
（a）折射角大于入射角： n1 sini n2 sinr （b）临界状态： i0 arcsin(n2 / n1 ) （c）全反射 ： i i0
2 光纤传感器结构原理
光纤在温度检测中的应用
温度检测在工业生产中占所需检测量的50％左右。 光纤传感技术在温度测量中的应用，已取得不少 成就。利用不同原理研制的光纤温度传感器的种 类很多，有晶体光纤温度传感器、半导体吸收光 纤温度传感器、双折射光纤温度传感器、光路遮 断式光纤温度传感器、荧光光纤温度传感器等
辐射式光纤温度计 半导体光纤温度计 荧光衰变式光纤温度计
光纤传感器的分类
传感器
光学现象
被测量
光纤
分类
干
光纤传感器相位调制
干涉（磁致伸缩）
涉
干涉（电致伸缩）
型
Sagnac效应
光弹效应
干涉
电流、磁场 电场、电压 角速度 振动、压力、加速度、位移 温度
SM、PM
a
SM、PM
பைடு நூலகம்
a
SM、PM
a
SM、PM
a
SM、PM
a
光纤传感器强度调制
遮光板断光路
温度、振动、压力、加速度、位移
把被测量的状态转变为可测的光信号的装置
光受到被测量的调制，已调光经光纤耦合到光接收器， 使光信号变为电信号，经信号处理系统得到被测量。
光纤传感器光学测量的基本原理
光就是一种电磁波，
光的电矢量E E B sin(t )
被测量调制： 光的强度、偏振态（矢量B的方向）、频率和相位 解调： 光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制