文档介绍：§ 光纤传感器
光纤传感器以光波为载体,以光纤为介质的新型传感器。
§ 元件型光纤传感器
§ 传输型光纤传感器
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第四章光电信息技术
§
一、微弯损耗光纤传感器
-1所示。
光输入
光输出
变形器
多模光纤
L
Λ
-1 微弯损耗光纤传感器原理
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第四章光电信息技术
设光纤的微弯变形函数为正弦型
根据光纤模式理论,可得到微弯损耗系数α的近似表达式:
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;
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第四章光电信息技术
式中 K ——比例系数;
△β——光纤中光波传播常数差;
L——光纤中产生微弯变形的长度;
α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。
α与光纤弯曲变形的长度成正比,作用长度越长,损耗也越大。
α与光纤微弯周期有关,当 q= △β时产生谐振,微弯损耗最大。
根据光纤模式理论,可得到微弯损耗系数α的近似表达式:
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第四章光电信息技术
二、干涉式光纤传感器
光波通过长度为 l 的光纤,其相位延迟为
微分得:
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)。
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第四章光电信息技术
相位信号解调的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。
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
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第四章光电信息技术
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
相应的光强分布为
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第四章光电信息技术
四、法拉第电流传感器
法拉第电流传感器是利用光纤的磁光效应实现电流测量的,属于偏振调制型。
磁光效应,又称法拉第(Faradag)效应,是指某些物质在外磁场的作用下,使通过它的线偏振光的偏振方向发生偏转。
设法拉第材料的长度为l,沿长度方向施加的外磁场强度为H,则线偏振光通过它后偏振方向旋转角度为
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第四章光电信息技术
应用--高压传输线用的电流传感器
-4 基于光纤磁光效应的电流传感器
将光纤绕在被测导线上,设圈数为N,导线中通过的电流为I,由安培环路定律,距导线轴心为R处的磁场为
P2 WP
I1-I2
I1+I2
探测器1
探测器2
I1
I2
光源
光纤
I P1
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第四章光电信息技术
由以上两式可得偏转角
绕在导线上的光纤长度为:l=2πRN ,代入上式得
通过光纤的光偏振面偏转角与被测电流及光纤的匝数成正比,与光纤圈半径大小无关。
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第四章光电信息技术