文档介绍：第五章光纤传感技术
本章按光纤传感技术的调制方式分类,分别讲述强度调制、相位调制、波长调制、偏振调制和频率调制光纤传感技术的工作原理,并介绍一些相应的实用光纤传感器;此外,还简要介绍了近几年光纤传感技术领域的研究热点。
光纤传感技术
光纤的基础知识
强度调制型光纤传感器
相位调制型光纤传感器
波长调制型光纤传感器
偏振调制型光纤传感器
频率调制型光纤传感器
光子晶体光纤传感器
分布式光纤传感器
光纤的基础知识
光纤传感器工作的实质是通过光调制器,将一个携带着待测信息(被测对象)的信号叠加到载波光波上,经光纤传输后由光探测系统解调、经信号处理系统处理后检测出所需要的待测信号。
而光调制器能使光纤的传输参数或载波光波参数随待测信号的变化而改变。这些参数包括:光纤的折射率、传播常数、光波的强度(振幅)、位相、频率、偏振以及波长等。
光纤的基础知识
1. 光纤波导的原理
图 5‑1 当光线从较高折射率介质向较低折射率介质传播时,在界面处的折射和反射
图 5‑2 具有包层的纤维
光纤的基础知识
2. 光纤的分类
根据光纤能传输的模式数目
单模光纤
多模光纤
根据纤芯径向折射率分布不同
阶跃折射率光纤
渐变折射率光纤
光纤的基础知识
3. 光纤的特性
光纤的特性主要包括传输特性、物理特性、化学特性和几何特性等。
传输特性
衰减
衰减是描述光纤使光能在传输过程中沿着波导逐渐减小或消失的特性。
在给定信号和工作条件下,光纤的衰减决定信号无失真传输通路的最大距离。
色散
色散限制了光纤传输频响的上限。
色散引起的脉冲展宽限制了脉冲调制或数据传输系统中给定长度光纤的最高脉冲或数据传输速度。
光纤的基础知识
3. 光纤的特性
光纤的特性主要包括传输特性、物理特性、化学特性和几何特性等。
物理特性
(1)弯曲性光纤的弯曲性与光纤的机械强度有关。
(2)抗拉强度
(3)硬度
(4)耐热性
(5)热膨胀系数
(6)电绝缘性能
光纤的基础知识
3. 光纤的特性
光纤的特性主要包括传输特性、物理特性、化学特性和几何特性等。
化学特性
(1)耐水性
(2)耐酸性
几何特性
标准规定光纤为圆对称结构,因此表征光纤几何特性的参数是
纤芯直径
包层直径
纤芯的圆度
包层的圆度
纤芯与包层的同心度误差
强度调制型光纤传感器
强度调制型光纤传感器的基本原理可以概括为:通过检测被测对象所引起的光强变化,来实现对被测对象的监测和控制。
其基本结构主要由光源、调制区、光探测器三大部分组成。
强度调制型光纤传感器的特点是:技术上比较容易实现,所采用光纤多为光通信用多模光纤,而相关的光纤接头和耦合器等部件,国内已有产品供应。
强度调制分为
非功能型光强调制
功能型光强调制
非功能型光强调制
非功能型光强调制的基本原理是根据光束位移、遮挡、耦合及其他物理效应,通过一定的方式使进入接收光纤的光强随外界信号变化而改变。
基本调制方式大致可分为4种类型:
光束切割型
光闸型
松耦合型
物理效应型