传感器光纤传感器优秀课件

3）光纤的类型
（1）按折射率变化分类 a) 阶跃型（stepped） 纤芯与包层之间的折射率是突变的， b) 渐变型（graded） 在纤芯横截面中心处折射率最大其
值为n1 ，由中心向外逐渐变小到 与包层交界处折射率n2 ， 通常折射率变化为抛物线型式，又 称为梯度型。
传感器技术及应用 光纤基础知识 基本原理 折射定理 光的全内反射定理 光导纤维 结构 数值孔径 分类 光纤的特性指标 光纤传感器 工作分类及原理 元件型、传光型 常用的光强调制技术 外调制 应用举例 反射型 透光型 Brag光栅传感器 工作原理 应用
n1 n0
Hale Waihona Puke 1n2 n1sin2
2
1 n0
n12n22sin22
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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。
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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
（2）折射的临界状态：使2＝ 90
的入射角1 称为临界角c
sin c
n2 n1
（3）全反射： 当1> c， 2> 90，在界面上发生全反射
临界状态示意图
光全反射示意图
光折射示意图
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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
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传感器光纤传感器优秀课件
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光纤传感器的特点：
优点： 不受电磁干扰，可绕曲，耐腐蚀， 高绝
2）斯乃尔定律（Snell‘s Law)——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：n1sin1=n2sin 2
sin2
n1 n2
sin1
光折射示意图 n1、 n2 分别为介质1、2的折射率
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2、光导纤维——光纤
1） 构
纤芯：玻璃纤维，折射率n1 包层：与纤芯同质，
折射率n2 <n1
成
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 导光原理：光线在纤芯中全反射传播
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数值孔径的大小由纤芯和包层材料性质决定
s
inc
1 n0
n12n22 NA
❖ 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°（sin 10° ＝0.175）
➢ 石英光纤的NA＝0.2～0.4
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2）数值孔径NA——光纤集光性能参数
光纤端面入射角θ0与包层中折射角 2之间关系
n0sinθ0=n1sinθ1 n1sin 1=n2sin 2 sinθ0=(n1/n0)sinθ1 sin 1 =(n2/n1)sin 2
sin0 nnnn1010 scions9(011)
n1 n0
1sin2 1
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 折射
反射角＝入射角θ1 折射角θ2
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光线刚好不发生折射，
则即临：界 入2 =射90角º：
sincn10 n12 n22
θc=arc sin NA 为“数值孔径”NA(Numerical Aperture)。
当光线发生全反射时，
2 >90º，则θ0<θc=arc sin NA 当 2 < 90º时，θ0>θc=arcsin NA，光线消失。