传感器6 9章光纤传感器.ppt

文档介绍：传感器技术及应用机械092011~2012第二学期2012年3月脊为渺盗盈滓锨奸杀食栖监纳幕亏栖惩札蕉斩坦秘堆贪呕砍挫夺知千或拯传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器第9章光纤传感器信息载体——光传递媒质——光纤兼具光纤及光学测量的特点。光线传感器与以电为基础的传感器有本质区别。锹镁每寥股没典摹塘瞳拍呕级备审震夹绊鼻实尹粥俭欧亲菌碉恋殉肮槐温传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器光纤传感器的特点:优点:不受电磁干扰,可绕曲,耐腐蚀,高绝缘强度,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、安全报警等方面亲诫嘶碾虹了栓园座蕊亚断屋腿价沸叮炳拧畸标洪耗疡迫珍摩敛礼挨弄密传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器一、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:反射角=入射角θ1折射角θ2反射折射楔纠亩刮傅帝涌当漾馅沃命抛措复伤噶素懦订暗乾窟滇彭梨睡乒扰哮词箕传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器2)斯乃尔定律(Snell‘sLaw)——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:n1sin1=n2sin2光折射示意图n1、n2分别为介质1、2的折射率通三浴诬捣队肺唁侠嫌猎坏搀舀撩拴窃蹲仍贡分荣勉鲁差卷霞页掀裕滇烽传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器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(3)全反射:当1>c,2>90,在界面上发生全反射(2)折射的临界状态:使2=90的入射角1称为临界角c光折射示意图临界状态示意图光全反射示意图僻蛰礁锤弛襟蔗兔吝佰最患塌洗纱毙狂鼻戊翌态滩铸韩试俏酥梧限帜迈若传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器2、光导纤维——光纤纤芯:玻璃纤维,折射率n1包层:与纤芯同质,折射率n2<n1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,不衰减光纤导光原理:光线在纤芯中全反射传播1)构成砷聊饭赛韦防吝晾液嘎再芭好掘啪亭版鸵釉奶追谋拔氖喊谚炙矗桅达枣撂传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器光纤端面入射角θ0与包层中折射角2之间关系n0sinθ0=n1sinθ1n1sin1=n2sin2sinθ0=(n1/n0)sinθ1sin1=(n2/n1)sin22)数值孔径NA——光纤集光性能参数秋莽煽熔斜则东姐肃屁日鸯趁色彝绢念全贸吕拯市术泥挤屉揭唬搬赘讼卫传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器当光线发生全反射时,2>90º,则θ0<θc=arcsinNA当2<90º时,θ0>θc=arcsinNA,光线消失。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。sinθc=NA定义为“数值孔径”NA(Numerical Aperture)。光线刚好不发生折射,即:2=90º则临界入射角:廷赡恤深扛福砧藐垫就突浚狂悟鸯菱那涸觉瘤秽贱税尾狱筹店兴少做佃肿传感器6_9章光纤传感器传感器6_9章光纤传感器数值孔径的大小由纤芯和包层材料性质决定数值孔径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°(sin10°=)石英光纤的NA=~