光纤传感课程设计
光纤传感器的设计1
HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY物理实验报告实验题目：光纤传感器的设计姓名：物理实验教学中心实 验 报 告一、实验题目：光纤传感器的设计二、实验目的：1.了解光纤传感器设计实验系统的基本构造和原理及应用；2.了解光纤传感器设计实验系统的补偿机理，验证补偿效果；3.设计光纤位移传感器，给出定标曲线。
三、实验仪器：光纤传感设计实验系统主机、三光纤补偿式传感探头、精密机械调节架。
四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：图1在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强。
在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为2022(,)exp[](2)(2)SI d I x d x x πωω=⋅- （1）考虑到光纤的本征损耗，光纤所接收到的反射光强可进一步表示为00(,)(,)I x d I K KRf x d =式中 I 0——注入光源光纤的光强；K 0，K ——光源光纤和反射接收光纤的本征损耗系数； R ——反射器的反射系数；d ——两光纤的间距；f (x ,d )——反射式特性调制函数。
结合式(1)，f (x ,d )由下式给出，即22022(,)exp[](2)(2)a d f x d x x πωω=⋅-其中 3/200()[1()]xx a a ωξ=+ 为了避免光源起伏和光纤损耗变化等因素所带来的影响。
采用了双路接收的主动补偿方式可有效地补偿光源强度的变化、反射体反射率的变化以及光纤损耗等因素所带来的影响。
补偿式光纤传感器的结构由图1给出。
由（1）式可知100200(,)(,)(,2)(,2)I x d I K KRf x d I x d I K KRf x d =⎧⎨=⎩ 则两路接收光纤接收光强之比为])2()2(exp[22221x d d I I ω--= 通过实验建立两路接收光强的比值与位移的关系（标定）后，即可实现补偿式位移测量。
光纤传感课程设计
光纤传感课程设计报告题目：光纤PWM音频传输系统学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：一、设计要求1、掌握光纤模拟和数字通信系统的工作原理；2、掌握PWM调制方式的工作原理及其解调方法；3、完成光纤PWM音频传输系统的电路和光路设计。
二、设计方案本题目要求包含四个过程，分别是1.让语音信号通过麦克风转化成电信号。
2.电信号通过放大器放大（一级放大或二级放大）和三极管放大，用LED将电信号转变成光信号输出。
3.通过光纤作为传输介质，有雪崩光电二极管（PIN）接收，将光信号转变为电信号，电信号由放大器放大。
4.最后，电信号转换成音频信号，由喇叭输出。
三、系统工作原理1，语音信号转换成电信号：我们把语音信号（说话的声音）通过麦克风，转化成电信号，麦克风正极接驱动电源，麦克风负极串联个分压电阻接地，经过转化后的电信号由麦克风的负极输出。
（在课程设计过程中所用的麦克风没用正负极的区分，我们人为的给它设定个正负极）2，输入端电信号的放大：我们把电信号放大，需要以下两个步骤：第一，我们把从麦克风负极输出的电信号经过一个耦合电容（10微法左右就行）后在与放大器（运放）相连，目的是消除噪声，经过放大器对电信号的放大倍数应该在100倍左右，如果用一级放大器放大100倍很可能失去电信号的线性关系，所以我采用了两级放大，一级放大倍数乘以二级放大倍数就等于总的放大倍数。
我的两个放大电路都是电压串联负反馈放大电路，电压信号都从放大器的正输入端输入，串联一个1千欧的安全电阻，放大器的负输入端接电阻R1在接地，反馈端的反馈电阻R2也接在放大器的负输入端。
我的一级放大电路和二级放大电路都是这样设计的，其中：一级放大电路的R2比R1等于5，二级放大电路的R2比R1等于15，这样我的总共的放大倍数就等于（5+1）*（15+1）=96倍，接近100倍，满足要求。
第二，把从放大器输出的电压信号在经过一个耦合电容（C9），大小也是在几微法就行，目的也是消除噪声。
光纤传感课程设计
光纤传感课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握光纤传感的基本原理、技术和应用。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：•了解光纤传感器的工作原理和基本结构；•掌握光纤传感技术的分类和发展趋势；•熟悉光纤传感器在各个领域的应用。
2.技能目标：•能够分析光纤传感器的性能指标；•能够设计简单的光纤传感实验；•能够运用光纤传感器解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：•培养学生的创新意识和实践能力；•增强学生对光纤传感技术的兴趣和热情；•培养学生关注光纤传感器在国家安全、经济建设和社会发展中的重要作用。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.光纤传感器的基本原理：介绍光纤的性质、光纤传感器的工作原理和基本结构。
2.光纤传感技术：介绍光纤传感技术的分类、发展历程和趋势。
3.光纤传感器的应用：介绍光纤传感器在各个领域的应用实例，如能源、交通、医疗等。
4.光纤传感实验：进行光纤传感实验，让学生亲手操作，加深对光纤传感技术的理解。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如：1.讲授法：讲解光纤传感器的基本原理、技术和应用。
2.讨论法：学生讨论光纤传感技术的发展趋势及其在各个领域的应用。
3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光纤传感器在实际工程中的应用。
4.实验法：进行光纤传感实验，培养学生的实践能力和创新精神。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光纤传感教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的课件，辅助讲解，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备齐全的实验设备，保证学生能够顺利进行实验操作。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：评估学生的课堂参与度、提问回答、小组讨论等，以了解学生的学习态度和实际水平。
光纤传感类课程设计
光纤传感类课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握光纤传感的基本原理、技术和应用。
通过本课程的学习，学生应能理解光纤的导光原理、传感器的构造及工作原理，掌握光纤传感系统的组成、性能评价和应用领域。
在知识目标方面，学生需要了解光纤的基本性质、光纤传感器的种类及其特性，以及光纤传感技术在现实生活中的应用。
在技能目标方面，学生应具备分析和解决光纤传感器在实际应用中遇到问题的能力，能够设计简单的光纤传感实验。
在情感态度价值观目标方面，学生应培养对光纤传感技术的兴趣，认识到科技创新对社会发展的推动作用。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光纤传感的基本原理、光纤传感器的构造与特性、光纤传感技术在各个领域的应用等。
具体来说，第一部分将介绍光纤的基本概念、光纤的导光原理以及光纤的制备和加工技术。
第二部分将详细讲解光纤传感器的分类、工作原理及其性能评价，包括强度调制型、频率调制型和波长调制型光纤传感器等。
第三部分将阐述光纤传感技术在能源、环境、生物医学等领域的应用，并介绍光纤传感技术在实际应用中的优势和局限。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
在理论教学中，将以讲授法为主，辅以案例分析法和讨论法，引导学生深入理解光纤传感的基本原理和应用。
在实验教学中，将采用实验法，让学生亲自动手进行实验，培养学生的实践能力和创新意识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备适当的教材、参考书、多媒体资料和实验设备等教学资源。
教材方面，将选择国内外的经典教材，如《光纤传感器》等。
参考书方面，将推荐学生阅读相关的学术论文和专著，以了解光纤传感技术的最新发展动态。
多媒体资料方面，将收集与光纤传感相关的视频、动画和图片等，以直观地展示光纤传感的工作原理和应用场景。
实验设备方面，将配备光纤传感实验箱、光谱仪等实验设备，以满足实验教学的需要。
光纤传感原理9PPT教案
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北京交大光信息所
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III.布里渊散射
1964年，首次发现布里渊散射效应。 光通过光纤时，光子和光纤中因自发热运动而产生的声子会产生 非弹性碰撞，发生自发布里渊散射。 散射光的频率相对入射光的频率发生变化，这一变化的大小与散 射角和光纤的材料特性有关。 基于布里渊散射的分布式传感称为：BOTDR
拉曼散射 布里渊散射
偏振型
相位型
荧光型
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I.瑞利散射
瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞所引起的， 散射光的频率与入射光的频率相同。 在光纤传感技术中，一般采用光时域反射（OTDR）结构来实现 被测量的空间定位，典型传感器的结构如图1所示。
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◆ Principle
Rayleigh scatter in the fiber, the backscattered light , spatial distribution of the polarization property, analyzer element ,the polarization information, intensity variation. (please refer to Fig.1.)
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塑料光纤和光纤传感器的教学设计方案
03
光纤传感器基础知识
光纤传感器定义及分类
光纤传感器定义
光纤传感器是一种利用光导纤维作为传 输媒质，将被测量转换为光信号进行检 测的装置。
VS
光纤传感器分类
根据传感原理，光纤传感器可分为功能型 和非功能型两大类。功能型光纤传感器是 利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件 ， 被测量对光纤内传输的光进行调制， 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态 等特性发生变化， 再通过对被调制过的 光信号进行解调， 从而得出被测信号。 非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件 感受被测量的变化， 光纤只是作为信息 的传输介质，常称为传光型光纤传感器。
消费电子产品
在消费电子产品中，塑料光纤可 用于连接各种设备，如手机、平 板电脑、电视等，实现高速、稳 定的数据传输。
局域网（LAN）应用
企业内部网络
在企业内部网络中，塑料光纤可用于构建高速、稳定的局域网，连接各个办公室、会议室等场所。
校园网络
在校园网络中，塑料光纤可用于连接教学楼、宿舍楼、图书馆等场所，提供高速、稳定的网络服务。
教学方法
采用讲授、案例分析、实验演示等多 种教学方法相结合，引导学生主动思 考、积极参与，提高教学效果。
教具与多媒体资源
教具
塑料光纤样品、光纤传感器实验装置、多媒体教学课件等。
多媒体资源
利用网络资源收集相关图片、视频等素材，制作多媒体教学 课件，辅助课堂教学。同时，鼓励学生利用网络资源进行自 主学习和拓展学习。
光的全反射原理
当光线从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于或等于临界角，光线将全部 反射回光密介质中，这种现象称为光的全反射。塑料光纤正是利用这一原理实现 光的传输。
数值孔径与传输性能
昆明理工大学检测技术(光纤传感器)课程设计
课程设计报告光纤传感器原理、结构线路及其应用学院: 信息工程与自动化班级:姓名:学号:指导老师: 陈焰2014年12月25日目录摘要 (1)1. 光纤传感器概述 (1)1.1光纤传感器研究背景 (1)1.2研究的目的及意义 (3)2. 原理 (4)2.1光导纤维导光的基本原理 (4)2.1.1 斯乃尔定理（Snell's Law） (5)2.1.2 光纤结构 (6)2.1.3 光纤导光原理及数值孔径NA (7)2.2光纤传感器结构原理 (8)2.3光纤传感器的分类 (10)2.3.1 根据光纤在传感器中的作用 (11)2.3.2 根据光受被测对象的调制形式 (12)3. 光纤传感器的应用 (14)3.1温度的检测 (14)3.1.1 遮光式光纤温度计 (14)3.1.2 透射型半导体光纤温度传感器 (15)3.2压力的检测 (17)3.2.1 采用弹性元件的光纤压力传感器 (17)3.2.2 光弹性式光纤压力传感器 (20)3.3液位的检测 (22)3.3.1 球面光纤液位传感器 (22)3.3.2 斜端面光纤液位传感器 (23)3.3.3 单光纤液位传感器 (24)3.4流量、流速的检测 (26)3.4.1 光纤涡街流量计 (26)3.4.2 光纤多普勒流速计 (27)总结 (29)参考文献： (31)摘要光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。
它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。
光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。
因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。
近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区，如核辐射区)，起到人的耳目作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纤传感(教案)
第一章光纤传感器1.1 概论1.1.1 光纤传感器技术的形成及其特点（1）来源上世纪70年代发展起来的一门崭新的技术，是传感器技术的新成就。
最早用于光通信技术中。
在实际光通信过程中发现，光纤受到外界环境因素的影响，如：压力、温度、电场、磁场等环境条件变化时，将引起光纤传输的光波量，如光强、相位、频率、偏振态等变化。
（2）特点灵敏度高、结构简单、体积小、耗电量少、耐腐蚀、绝缘性好、光路可弯曲，以及便于实现遥测等。
1.1.1 光纤传感器的组成与分类（1）组成光纤、光源、探测器（2）分类：一般分为两大类功能型传感器：利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器。
只能用单模光纤构成。
传光型传感器：光纤仅仅起传输光波的作用，必须在光纤端面或中间加装其它敏感元件才能构成传感器。
主要由多模光纤构成。
（a）功能型（b）传光型图1-1 光纤类型根据对光调制的手段不同，光纤传感器分为：强度调制型、相位调制型、频率调制型、偏振调制型和波长调制型等。
根据被测参量的不同，光纤传感器又可分为位移、压力、温度、流量、速度、加速度、振动、应变、电压、电流、磁场、化学量、生物量等各种光纤传感器。
举例：功能型：测温等传光型：光纤血流计1.2 光导纤维以及光在其中的传输1.2.1 光导纤维及其传光原理(1)芯子：直径只有几十个微米；芯子的外面有一圈包层，其外径约为：m μ200100－(2)数值孔径：2221max sin n n NA -==θ(3)光纤（或激光）的模：包括横模和纵模激光的横模：光束在谐振腔的两个反射镜之间来回反射将形成各种光程差的光波存在，这些光波的相互干涉可能使振动加强或减弱。
但是只有那些加强的光波才有可能产生振荡。
显而易见，这些光波的位相差ϕ∆必须是π2的整数倍，即N πϕ2=∆ϕ∆—光波在谐振腔中经过一个来回时的位相差。
同时又知道：λϕnL2=∆L —谐振腔的长度；n —腔内介质的折射率；λ—激光波长。
根据上面两个式子得出符合谐振条件的光波波长为NnL 2N =λ 或谐振频率为nLNc 2N =υ 激光的纵模：原则上谐振腔内可以有无限多个谐振频率，每一种谐振频率代表一种振荡方式，成为一个模式。
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光纤传感课程设计报告题目：光纤PWM音频传输系统
学院（系）：
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
一、设计要求
1、掌握光纤模拟和数字通信系统的工作原理；
2、掌握PWM调制方式的工作原理及其解调方法；
3、完成光纤PWM音频传输系统的电路和光路设计。
二、设计方案
本题目要求包含四个过程，分别是
1.让语音信号通过麦克风转化成电信号。
2.电信号通过放大器放大（一级放大或二级放大）和三极
管放大，用LED将电信号转变成光信号输出。
3.通过光纤作为传输介质，有雪崩光电二极管（PIN）接收，
将光信号转变为电信号，电信号由放大器放大。
4.最后，电信号转换成音频信号，由喇叭输出。
三、系统工作原理
1，语音信号转换成电信号：
我们把语音信号（说话的声音）通过麦克风，转化成电信号，麦克风正极接驱动电源，麦克风负极串联个分压电阻接地，经过转化后的电信号由麦克风的负极输出。
（在课程设计过程中所用的麦克风没用正负极的区分，我们人为的给它设定个正负极）
2，输入端电信号的放大：
我们把电信号放大，需要以下两个步骤：
第一，我们把从麦克风负极输出的电信号经过一个耦合电容（10微法左右就行）后在与放大器（运放）相连，目的是消除噪声，经过放大器对电信号的放大倍数应该在100倍左右，如果用一级放大器放大100倍很可能失去电信号的线性关系，所以我采用了两级放大，一级放大倍数乘以二级放大倍数就等于总的放大倍数。
我的两个放大电路都是电压串联负反馈放大电路，电压信号都从放大器的正输入端输入，串联一个1千欧的安全电阻，放大器的负输入端接电阻R1在接地，反馈端的反馈电阻R2也接在放大器的负输入端。
我的一级放大电路和二级放大电路都是这样设计的，其中：一级放大电路的R2比R1等于5，二级放大电路的R2比R1等于15，这样我的总共的放大倍数就等于（5+1）*（15+1）=96倍，接近100倍，满足要求。
第二，把从放大器输出的电压信号在经过一个耦合电容（C9），大小也是在几微法就行，目的也是消除噪声。
在接三极管（三极管的电路图和LED的数字调制和模拟调制如下
（LED的数字调制和模拟调制）
（三极管的电路图）
图所示），三极管是基极输入，集电极输出，三极管的发射极外接电阻接地。
R25=R25（R25也应该是一千欧），保证工作点稳定在上下阈值的中间（1.5伏和4.5伏的中间）。
通过计算，R28取500大约欧姆，R26和R29可以不要，它是保证二极管不倍反向击穿。
LED使电信号转变为光信号，由光纤传输。
3，输出端电信号的放大：
通过光纤作为传输介质，有雪崩光电二极管（PIN）接收后，光信号转变为电信号。
电信号在经过一个耦合电容（10微法左右就行）后在与放大器（功放）相连，目的是消除噪声。
放大电路都是电压串联负反馈放大电路，电压信号都从放大器的正输入端输入，串联一个1千欧的安全电阻，放大器的负输入端接电阻R1串联一个电容（10皮法）在接地，反馈端的反馈电阻R2串联一个隔值电容（25微法，目的也是消除噪声）也接在放大器的负输入端。
放大器的输出端在经过一个隔值电容（目的也是消除噪声）接喇叭。
4，电信号转换成语音信号
把放大器输出端的电压信号，外界隔值电容后就接在喇叭上，喇叭的一端接电源，就可以把电压信号转换成语音信号输出了。
四、设计过程
课程设计的第一天，我获得课程设计的内容，开始设计课程设计的具体思路。
从而拟出本次课程设计所需要的元器件：
●１．集成运放：ＯＰ０７
●２．音频功放（输出级）：ＬＭ３８６
●３．ＮＥ５５５，ＳＮ７４Ｈ００
●３．三极管：９０１３／９０１４，β=200
●４．所有型号的电阻和电容．
●５．麦克，喇叭．
在通过对这次课程设计的分析之后，我通过进行资料的查阅，对设计的电路进行改进，得出理想适用的电路，并对所需要的电阻电容进行计算，得出其具体值。
12月8日，在一切准备就绪之后，我进入了实验室进行电路的组装，电路看似十分简单，其实不然，通过组装后，我必须用信号发生器发出1KHZ，20MV的正弦波脉冲信号，在经过示波器进行分别对放大器和三极管基极和集电极的波形检验，看是否有匹配的放大倍数和是否有饱和失真和截止失真，通过调试和改
进，才能得到理想的效果，在对放大器和三极管一起结合起来进行波形检测。
（波形图如下图所示，由于放大器和三极管都是对正弦信号进行放大，所以波形图就基本一样）。
最后对接收部分的电路进行照图连接，把功放做好，然后进行整体调试，即把语音通过话筒输入，然后看喇叭是否能够显示出你所说的内容，和噪声的干扰是否大，并调试，改进电路，得到理想的结果。
五、设计过程
通过为期两个星期的光纤传感课程设计，虽然时间是稍微短了那么一点，但是在着浓缩的时间中使得我们的人生更加充实了，他不像我们上课一样记记背背就能被老师所灌输所明白的很多知识，课程设计的知识是要我们通过自己一步步的去思考，一步步的去探索，在我们的思路一步步的成长过程中，使得我们积累吸收了很多有用的东西。
由于是我们自己思考发现出来的东西，所以在我们的脑海中有了很深刻的印象，成为了自己的一比不可或却的财富。
当然，在我们积累这些知识财富的过程中是离不开我们身边所有老师的帮助的。
也在此对帮助过我的所有老师表示的感谢！。