光纤传感网(刘铁根等 著)思维导图

第9章光纤传感原理与技术本章主要内容¾9.1克服困难过程中带来的副产品—光纤传感技术¾9.2 光纤传感器概述¾9.3 光纤传感原理¾9.4 空间编码光纤干涉投影轮廓测量术9.2 光纤传感器概述¾什么是传感器？¾什么是光纤传感器？¾光纤传感器的优点¾光纤传感器的基本工作原理¾光纤传感器的构成框图¾光纤传感器的分类及应用¾光纤传感器的发展趋势9.3 光纤传感原理9.3.1 强度调制原理一.利用光纤弯曲损耗进行强度调制（内调制）二.反射型光强度调制（外调制）三.透射型光强度调制（外调制）最典型的透射型强度调制光纤传感原理如图所示。

通常发送光纤不动，而接收光纤可以作横向位移、纵向位移或转动。

这样，接收光纤的输出光强被其位移(或角位移)调制。

在上述光强调制过程中，光源强度本身漂移将引起信号失真，因而需要增加强度参考通道。

双路接收透射式光强调制型光纤加速度计四.光闸型光强度调制（外调制）它是由发送光纤、受待测量控制的可动光闸和接收光纤所组成。

在发送光纤和接收光纤之间加入一定形式的光闸，对进入接收光纤的光束产生一定程度的遮挡，从而进行光强度调制。

光闸形式多种多样，如固体材料、液体、遮光片、光栅、码盘、待测物体本身等等。

遮光式光纤液位传感器五.利用光纤的吸收特性进行强度调制x、γ射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加，使光纤的输出功率降低，从而可以构成强度调制器，用来测量各种辐射量。

其原理如下图所示。

用不同材料制成的光纤对不同射线的敏感程度是不一样的，由此还可以鉴别不同的射线。

例如铅玻璃光纤对x、γ射线和中子射线特别灵敏，并且这种材料的光纤在小剂量射线照射时，具有较好的线性，可以测量射线的辐射剂量。

六.利用光纤模斑图进行强度调制多模光纤出射的远场光斑就像个切开的“西瓜”，并非“亮”、“暗”均匀分布，而是按一定规律分布。

光纤传感器原理与结构图
以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。

它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。

光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。

由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。

由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。

这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。

可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。

传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。

它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。

因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E 的振动，即
A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率；
φ——光相位；t——光的传播时间。

可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。