文档介绍：传感器光纤式传感器
*
第一页，讲稿共二十六页哦
第九章 光纤式传感器
光导纤维（简称光纤）是一种用于传输光频电磁波的介质光波导。
光纤式传感器
是伴随光纤通讯和光电技术发展起来的一种新型传感器。
具有灵敏度高、响应速度快、较大时，可以允许光波以多个特定的角度射入光纤端面，并沿纤芯传播。除传播基模外，还有一次模、二次模等。
纤芯直径较粗，。
高次模 基模 低次模
*
第十一页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
单模光纤
信号畸变小，频带宽，容量大，适合长距离（>30km）传输。制成的单模光纤传感器线性好，灵敏度高。
。
需要极为昂贵的激光作为光源体 。
多模光纤
模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几千米，传输容量较小。
与光器件的耦合相对容易，价格相对便宜，一般以价格较低的发光二极管作为光源。
*
第十二页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
总结
每种光纤只允许某些特定的光波通过，每一种允许在光纤中传输的特定形式的光波即为一个模式。
在同一光纤中传输的不同模式的光，其传播方向、速度和路径不同，导致光纤的衰减也不同。若观察光纤的横截面，不同模式的光波在截面上的光的强度分布图形也不同，有的是一个光斑，有的为几个光斑。根据光斑的数目可以判断是单模或多模光纤。
能够在光纤内实现全反射的光波，在传输时损耗小，可以作远距离传输，称为传导模。
不同模式的光的传输方向不是连续改变的。以不同角度在光纤中传输的光所走的路径也不同。
*
第十三页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
光纤的色散
光可以是强度连续变化的光束，也可以是光脉冲。光脉冲通过光纤传播时，其幅值衰减下降，此外，由于其它因素的影响，光脉冲被展宽，这种在光纤中产生脉冲展宽现象称为色散，将会使施加在光束上的信息丢失。
光信号在光纤中是由不同频率成分、不同模式成分携带的，这些不同频率、不同模式的光波具有不同的传输路径，从而引起色散。引起色散的原因有很多，由于信号不是单一频率而引起的色散有材料色散和波导色散，由于信号不是单一模式而引起的色散为模式色散。
从影响大小看：模式色散 > 材料色散 > 波导色散
*
第十四页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
传输损耗
由于光纤纤芯材料吸收、散射，以及光纤弯曲处的辐射损耗影响，光信号在光纤中的传播不可避免地要损耗。
材料的吸收损耗
光纤的散射损耗
辐射损耗
弯曲损耗
光纤的时延差
与纤芯-包层的相对折射率差和光纤长度有关。因此，常使用相对折射率差较小的光纤，称为弱导光纤。
*
第十五页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
光的波动理论
是一种比几何光学方法更严格的数学分析工具
从光波的本质特性——电磁波出发，通过求解电磁波所遵从的麦克斯韦方程，导出电磁波场的分布，具有理论严谨性。
未作任何前提近似，因此适用于各种折射率分布的单模、多模光波导。
模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。
*
第十六页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
光纤式传感器
是用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒介，把被测量的状态转变成可测的光信号装置。
与传统传感器相比，它不受电磁干扰，体积小、重量轻、灵敏度高、动态范围大、电绝缘性能好。在易爆、易燃、强腐蚀、高压、强电磁场等恶劣环境下能发挥传感功能。
用于位移、速度、加速度、压力、液位、流量、温度、电流等多种物理量的检测，应用前景极为广泛。
*
第十七页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
光纤式传感器的组成
光发送器（光源）：白炽灯、激光、半导体光源
敏感元件
光接收器（光电器件）：光敏二极管、光电（倍增）管
光纤和接头
光纤耦合器
(a) 传统传感器 (b) 光纤传感器
*
第十八页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器原理
光纤式传感器的分类
功能型
光纤不仅作为导光媒质而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制
非功能型（传光型）
光纤在其中仅作导光作用，光照在非光纤型敏感元件上受被测量调制
拾光型
用光纤作为探头，接收由被测对象幅射的光或被其反射、散射的光
*
第十九页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器应用
光纤传感器外形
*
第二十页，讲稿共二十六页哦
光纤式传感器应用
光纤温度传感器
利用被测对象表面幅射能随温度变化而变化的特性，通过光纤将幅射能传输到温度敏感元件上，经过信号处理再变换