§44 光纤传感器.ppt

第四章 光电信息技术 §4.4 光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 * 上一张 章首 下一张 结束 节首 目录 §4.4 光纤传感器 §4.4.1元件型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器 §4.4.1 元件型光纤传感器 一、微弯损耗光纤传感器 基于微弯损耗机理的强度调制型传感器的结构如图4.4.1-1所示 。由光纤中光功率的数值可得到诸如压力、位移等被测量的大小。 图4.4.1-1 微弯损耗光纤传感器原理 光输入 光输出 变形器 多模光纤 L Λ 设光纤的微弯变形函数为正弦型 4.4.1-1 根据光纤模式理论，可得到微弯损耗系数 式中D(t) ——外界信号导致的弯曲幅度； q ——空间频率； z ——变形点到光纤入射端的距离； 设光纤微弯变形函数的微弯周期为，则有 的近似表达式: 4.4.1-2 式中 ——比例系数； ——光纤中光波传播常数差； ——光纤中产生微弯变形的长度； 式4.4.1-2表明，a与光纤弯曲幅度D(t)的平方成正比，弯曲幅度越大，模式耦合越严重，损耗就越高。a还与光纤弯曲变形的长度成正比，作用长度越长，损耗也越大。a与光纤微弯周期有关，当 时产生谐振，微弯损耗最大。因此，从获得最高灵敏度的角度考虑，需要选择合适的微弯周期。 二、干涉式光纤传感器 光波通过长度为的光纤，其相位延迟为 4.4.1-3 对式4.4.1-3微分得： 4.4.1-4 式中第一项表示光纤长度变化引起的相位差（应变效应或热胀效应），第二项为光纤折射率变化引起的相位差（光弹效应或热光效应），第三项为光纤芯径变化引起的相位差（泊松效应）。 对调制在相位中的信号需要进行解调，用于光相位解调的干涉结构有多种，如双光束干涉法、三光束干涉法、多光束干涉法及环形干涉法等，此处主要介绍双光束干涉法。 双光束光纤干涉仪有迈克尔逊(Michlson)干涉仪、马赫-陈德尔(Mach-Zehnder)干涉仪及斐索(Fizeau)干涉仪，基本结构如图4.4.1-2所示。 光源 探测器 信号臂 参考臂 3dB (a) 迈克尔逊干涉仪 光源 信号臂 参考臂 3dB 探测器 3dB (b) 马赫-陈德尔干涉仪 光源 探测器 传输光纤 3dB M1 M2 自聚焦透镜 (c) 斐索干涉仪 图4.4.1-2 双光束光纤干涉仪 现以双光束干涉仪为例来分析干涉场。设信号光与参考光的场强分别为： 两光束相干产生的干涉场分布为