光纖傳感器的原理、應用及發(fā)展前景

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1、光纖傳感器的原理、應用及發(fā)展前景電氣工程與信息工程摘要這個學期選修了《傳感器與檢測技術(shù)》這門課，我對里面講述到達光纖傳感器較為感興趣，所以就以光纖傳感器做我論文的主題。通過介紹光纖傳感器的構(gòu)造及工作原理，光纖傳感器的許多優(yōu)越的特點，靈敏度高、可以任意改變形狀、可用于惡劣的環(huán)境中等等。來說明光纖傳感器是使用是非常廣泛的，其應用領(lǐng)域是在我們的周圍環(huán)境中，其重要性日益增強。最后，光纖技術(shù)會越來越得到應用，它會給我們?nèi)祟悗順O大的方便與利益。關(guān)鍵詞；光纖傳感器、靈敏度、改變形狀、可用于惡劣環(huán)境引言——光纖傳感器可以用來測量多種物理量，比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可

2、以完成現(xiàn)有測量技術(shù)難以完成的測量任務。在狹小的空間里，在強電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨特的能力。它與我們息息相關(guān)，我們需要它，它需要我們來對它進行改造，創(chuàng)新。一、光導纖維的原理光纖傳感器就是利用光導纖維的傳光特性，把被測量轉(zhuǎn)換為光特性(強度、相位、偏振態(tài)、頻率、波長)改變的傳感器。它的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質(zhì)（如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,信息的獲得顯得越來越重要。-1

3、--1-光纖傳感器具有許多優(yōu)點：靈敏度較高；幾何形狀具有多方面的適應性，可以制成任意形狀的的光纖傳感器；可以制作傳感各種不同的物理信息（聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件；光纖傳感器可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕和其他的惡劣環(huán)境；具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性。-7-1、靈敏度高由于光是一種波長極短的電磁波,通過光的相位便得到其光學長度。以光纖干涉儀為例,由于所使用的光纖直徑很小,受到微小的機械外力的作用或溫度變化時其光學長度要發(fā)生變化,從而引起較大的相位變化。-7-圖（1）光纖的結(jié)構(gòu)2、測量速度快光的傳播速度最快且能傳送二維信息,因此可用于高速測量。對雷達等信號的分析要求具有

4、極高的檢測速率,應用電子學的方法難以實現(xiàn),利用光的衍射現(xiàn)象的高速頻譜分析便可解決。信息容量大被測信號以光波為載體,而光的頻率極高,所容納的頻帶很寬,同一根光纖可以傳輸多路信號。3、適用于惡劣環(huán)境光纖是一種電介質(zhì),耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾,可用于其它傳感器所不適應的惡劣環(huán)境中。另外,利用光纖的柔韌性可將光纖傳感器做成各種形狀的傳感器及傳感器陣列,用于多參數(shù)測量。二、光導纖維的主要參數(shù)1、值孔徑（NA）如上圖所示，將的正弦函數(shù)定義為光導纖維的數(shù)值孔徑（NA），即NA=sin=數(shù)值孔徑反映纖芯接受光量的多少，是標志光導纖維的接受性能的一個重要參數(shù)。其意義是無論光源發(fā)射率有多大，只

5、有2張角之內(nèi)的光功率能被光纖接收傳播。2、光纖模式光纖模式簡單地說，就是光波沿光導纖維傳播的途徑和方式。在給定的光導纖維中，光線只是以某些角度入射時，所傳播的光會以不同的角度入射的光線，在界面上反射的次數(shù)是不同的，傳遞的光波之間的干涉所產(chǎn)生的橫向強度分布叫模式。階躍型的圓筒波導內(nèi)傳播的模式數(shù)量可以簡單表示為V=式中：d為光纖芯直徑；為光波波長3、傳播損耗由于光纖纖芯材料的吸收、散射，光纖彎曲處的輻射損耗等的影響，光信號在光纖中的傳播不可避免的要有損耗。以A來表示傳播損耗（單位dB），則：A=aI=20lg-7-式中：I為光纖長度；a為單位長度的衰減；為光導纖維輸入端光強；為光

6、導纖維輸出端光強。三、根據(jù)光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器可以分為三大類一類是功能型傳感器;二類是非功能型傳感器；還有最后一類是拾光型光纖傳感器。1、功能型傳感器功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,被測量對光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M行調(diào)制,使傳輸?shù)墓獾膹姸?、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化,再通過對被調(diào)制過的信號進行解調(diào),從而得出被測信號。光纖在其中不僅是導光媒質(zhì)，而且也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測量調(diào)制，多采用多模光纖。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。缺點：須用特殊光纖，成本高，典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等圖（2）功能型傳感器的工作方式2、非功能型傳感器非功能型傳感器是

7、利用其它敏感元件感受被測量的變化,光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調(diào)制?！　?yōu)點：無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)；比較容易實現(xiàn)，成本低?！　∪秉c：靈敏度較低。實用化的大都是非功能型的光纖傳感器。光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，可以用來測量多種物理量，比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現(xiàn)有測量技術(shù)難以完成的測量任務。在狹小的空間里，在強電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨特的能力。三、拾光型光纖傳感器。用光纖作