浅谈反射式强度型光纤传感器.
光纤传感器的特点和工作原理
光纤传感器的特点和工作原理1.高灵敏度：光纤传感器能够接收到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号进行数据处理。
这种高灵敏度使得光纤传感器可用于检测微小的变化和测量精细的物理量。
2.抗干扰性强：光纤传感器的光信号传输过程中不受电磁干扰的影响，使其具有较高的抗干扰性能。
与其他传感器相比，光纤传感器更适用于恶劣环境或强电磁干扰的场景。
3.长距离传输：光纤传感器光信号可以在长距离内传输而不损失信号质量，通常达到数公里甚至数十公里以上。
这使得光纤传感器适用于需要远距离传输的应用，如油井测量和风力发电等。
4.多通道传感：光纤传感器可以通过利用光纤束分光器将光信号分离为多个通道，从而可以同时监测多种物理量。
这种多通道传感方式使得光纤传感器在复杂环境下能够实现多参数的测量。
5.可编程性强：光纤传感器的灵活性较高，可以通过编程实现不同物理量的测量和检测。
这种可编程性使得光纤传感器可以应用于不同领域的需求，如工业自动化、医疗检测和环境监测等。
1.光源发出光信号：光源通常是一种辐射能量较高的光发射器，如激光器、发光二极管等。
光信号从光源中发出，并进入光纤。
2.光信号在光纤中传播：光信号经过光纤中的全反射现象进行传输。
光纤外部环境的变化会引起光信号的相位、强度和频率等发生变化。
3.光信号与环境变化相互作用：当光信号遇到光纤的外表面或内部材料时，会发生干涉、散射、吸收等与环境变化相关的效应。
这些效应会改变光信号的特性，进而实现对环境变量的测量。
4.光检测器检测光信号：光检测器通常是一种能够将光信号转化为电信号的器件，如光电二极管、光敏电阻等。
光检测器接收光信号并将其转化为电信号，供后续的信号处理和数据分析。
5.信号处理和数据分析：光纤传感器中的电信号经过信号处理和数据分析，得到我们所需的物理量或信息。
这些处理方法可以根据具体的应用需求进行选择和优化，以实现精确的测量和监测。
总之，光纤传感器具有高灵敏度、抗干扰性强、长距离传输、多通道传感和可编程性强等特点。
光纤传感技术
光纤传感技术 2
张学典 Email:zhangxuedian@ 上海理工大学光电学院
上节课内容
1. 概述 2. 光纤光学基本原理— 光的全反射 3. 光纤的结构——纤芯、包层、涂敷层、护套 4. 光纤重要参数—— 5. 光纤的损耗——吸收、散射、辐射
本节内容
1. 光纤传感器基本原理 2. 光纤传感器分类 3. 主要应用领域 4. 关键技术 5. 小结
光纤的分类
按用途类型分类 ﹡通信用光纤； ﹡非通信用光纤； ﹡特种光纤。 按折射率变化类型分类 按纤芯到包层折射率变化可分为阶跃折射率光纤 （a）和渐变折射率光纤（b）。
按传播模式种类分类 多模光纤
（光纤中允许两个或更多的模式 传播） （常用标识： 50/125、62.5/125） （通信用标准多模光纤芯径为50 µm，包层直径为125 µm，涂层 直径245 µm 。国际电报电话咨 询委员会推荐多模光纤的芯-包半 径比为0.4）
发射光纤与接收光纤的四种分布
光缆的种类很 多，以上是两 种光缆的断面 结构示意图
水下光缆的敷设
地下光缆的
架空光缆的施工
一个典型位移－输出曲线如图所示。在位移-输出曲 线的前坡区，输出信号的强度增加得非常快,这一区域 可以用来进行微米级的位移测量。在后坡区，信号的 减弱约与探头和被测表面之间的距离平方成反比，可 用于距离较远而灵敏度、线性度和精度要求不高的测 量。
单模光纤
(只允许一个模式传播的光纤) （常用标识：9/125） （通信用标准单模光纤芯径为9 µm，包层直径为125 µm，涂层 直径245 µm 。）
常用光纤的尺寸
· · · · · · · · 50/125 graded index MM fiber (NA=0.20) 62.5/125 graded index MM fiber (NA=0.275) 100/140 graded index MM fiber (NA=0.29) 200/230 step index MM fiber (NA=0.37) 200/280 step index MM fiber (NA=0.24) SMF-28 SM fiber (9-10µm core) Payout SM fiber (6-7µm core) 1300/1550nm PANDA PM fiber
光纤传感器的工作原理
光纤传感器的工作原理光纤传感器作为一种重要的光学传感器，广泛应用于各个领域，如光通信、工业自动化、医疗设备等。
本文将介绍光纤传感器的工作原理及其在实际应用中的特点。
一、工作原理光纤传感器是利用光学原理来实现物理量的检测和测量的装置。
它基于光的传输、反射、折射、散射等现象，通过改变光的强度、频率或相位来感知和测量被测物理量。
1. 光传输光纤传感器中的光信号通过光纤传输到被测物体或环境中。
光纤具有优异的光导传输特性，可以保证光信号在传输过程中的稳定性和可靠性。
2. 光的接收与反射被测物体或环境中的光信号与光纤发射的光信号相互作用后，一部分被反射回光纤。
这里的反射可以是由于光的散射、反射或折射等效应引起的。
3. 光的探测与解读通过光纤传感器接收到的反射光信号会被传感器内部的光电探测器接收并转换成电信号。
电信号会被后续的电路处理和解读，从而获取被测量的物理量信息。
二、特点和应用光纤传感器具有以下特点，使其在各个领域得到广泛应用：1. 高精度光纤传感器具有高分辨率和高灵敏度，可以对微小物理量进行准确测量。
同时，光纤传感器还能实现长距离的传输，适用于大范围的测量需求。
2. 免受干扰光纤传感器的信号传输是光学信号，不会受到电磁干扰，有较高的抗干扰能力。
这使得光纤传感器在工业自动化、电磁环境复杂的场合下具有稳定可靠的性能。
3. 多功能光纤传感器可以根据需求设计不同的传感结构，实现对不同物理量的测量。
如温度、压力、湿度等物理量都可以通过光纤传感器进行检测。
4. 实时性光纤传感器的工作响应快速，能够实时获取被测物理量的变化。
这使得在对实时监测和控制要求较高的应用领域，如工业生产过程中的物料流动监测等，光纤传感器发挥了极其重要的作用。
光纤传感器由于其独特的工作原理和优越的性能，在多个领域有广泛的应用。
以下是一些典型的光纤传感器应用案例：1. 环境监测通过光纤传感器，可以实时监测环境参数，如温度、湿度、气体浓度等。
这对于环境保护、工业安全等方面具有重要意义。
光纤传感器的基本原理
• 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，光纤仅作为传输 介质，传输来自远处或难以接近场所的 光信号．所以也称为传光型传感器．或 混合型传感器。
在光纤中传输的光波可用如下形式的方程描述：
光纤传感器按被调制的光波参数不同可分为
强度调制光纤传感器 相位调制光纤传感器 频率调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器 波长(颜色)调制光纤传感器
• 采用双波长工作方式的目的是为了消除测量中
多种因素所造成的误差。取绿光(558nm)作为 调制检测光，红光(630 nm)作参考光，探测器 接收到的绿光与红光强度的吸收比值为R, pH 值与R的关系为
式中．c、k为常数；L为试剂长度, Δ＝pH—pK，其中 pH是酸碱度, pK是酸碱平衡常数。
5.2 光纤磷光探测技术
x射线、γ射线等辐射线会使光纤材料的吸 收损耗增加，使光纤的输出功率降低， 从而构成强度调制辐射量传感器。改变 光纤材料成分可对不同的射线进行测量。 如选用铅玻璃制成光纤，它对x射线、 γ 射线、中子射线最敏感，用这种方法做 成的传感器既可用于卫星外层空间剂量 的监测，也可用于核电站、放射性物质 堆放处辐射量的大面积监测。
• 作业
1、由图5-2的几何关系推导出下列关系式
2、由图5-2，已知光纤芯直径为2r＝200um， 数据孔径NA=0.5，光纤间距a=100um。若取 函数F(d)的最大斜率处为该系统的灵敏度， 则耦合功率F随d变化速率为何值？
5.2.3 光模式强度调制
当光纤之间状态发生变化时，会引起光纤中的模式耦合，其 中有些导波模变成了辐射模，从而引起损耗，
光纤传感器-位移测量
实验四光纤传感器————位移测量实验目的1、光纤位移传感器的结构与工作原理。
2、光纤传感器的输出特性曲线。
实验原理反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。
其原理如图1所示：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。
光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。
当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。
显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。
随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。
图2所示就是反射式光纤位移传感器的输出特性曲线，利用这条特性曲线可以通过对光强的检测得到位移量。
反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。
图1 反射式位移传感器原理图2 反射式光纤位移传感器的输出特性实验所需部件：光纤（光电转换器）、光电传感器模块、{光纤光电传感器实验模块}、支架、电压表示波器、螺旋测微仪、反射镜片实验步骤：1、观察光纤结构：本实验仪所配的光纤探头为半圆型结构，由数百根导光纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。
2、连接主机与实验模块电源线及光纤变换器探头接口，光纤探头装上通用支架（原装电涡流探头），{探头支架}，探头垂直对准反射片中央（镀铬圆铁片），螺旋测微仪装上支架，以带动反射镜片位移。
端接电压表，首先旋动测微仪使探头紧贴反射镜片（如3、开启主机电源，光电变换器V输出≈0，然后旋动测微仪，两表面不平行可稍许扳动光纤探头角度使两平面吻合），此时V使反射镜片离开探头，每隔0.2mm记录一数值并记入下表：位移距离如再加大，就可观察到光纤传感器输出特性曲线的前坡与后坡波形，作出V-X 曲线，通常测量用的是线性较好的前坡范围。
旋转反射式光纤温度传感器的设计及应用
（ ． 北 电力 大学 电气 与 电子 工 程 学 院 ，河 北 保 定 ０ １０ ；２ 陉 电业 局 ，河 北 井 陉 ００ ０ ） １华 ７０ ３ ．井 ５ ３０
摘 要 ：介 绍 了研 制 的一 种 无 源光 纤 温度 传 感 器 。 以 本 质 绝 缘 、 耐 腐 蚀 、 可 弯 曲 、抗 拉 性 强 的 大 直 径 树 脂
光 纤 为介 质 ， 以 可 见光 为媒 体 ，利 用 旋转 反 射 线性 度 高 、 动 态 范 围 大 的 特 点 ， 实现 了 在 高压 环 境 下 对 接
点温度进行精确 可靠的在 线监 测 介 绍 了光纤温度 传感器 的组成７ Ｘ作 原理 ，结合 在 变电站的应 用 ，给 Ｌ． － 出了测试 结果 ，结 果表 明本 光纤温度传 感器的测量准确度优 于 ± ． ℃ 。其 成本低 ，寿命 长 ，较好地 解决 ２２
失修 问题 ，由 “ 到期 必修 ” 过 渡 到 “ 修必 修 ” 利 用旋 转反 射线 性 度 高 、动 态 范 围大 的特 点 ，实 应 ，
是提 高设 备可 用 性 、安 全 性 和可 靠 性 ，实 现 管 理 现 了在 高压 环 境 下对 接 点 温 度 进 行 精 确 可 靠 的在 现代 化提 高综 合 实 力 和建 设 一 流 供 电企 业 的有 效 线 监测 。
位也 是最 容 易发 热 引 发 事 故 的 ，这 些 部 位 在 密 闭 Ｔ Ｐ Ｉ 用 网 ，也 可 通 过 特 殊 设 计 的 Ｉ Ｃ １５ Ｃ ／Ｐ公 Ｅ ６８０
的柜 内或 电缆 沟 内 。 国网公 司状 态 检 修 试 验 规 标 准 的平 台 。
程中红外 检测 作 为判断设 备发 热故 障 的重 要手
途径 之一 ｌ 。而 实 现状 态 检 修 的前 提 是 对 设 备 的 １ Ｊ 状态进 行 实 时检 测 。在 电力 设 备 中 的众 多 接 点 和 １ 传 感 器 系统 框 图 和 工 作原 理
光纤传感器的工作原理
光纤传感器的工作原理光纤传感器是一种能够通过光学原理实现测量和控制的传感器。
它利用光传输的特性，将光信号转换为电信号，从而实现对各种物理量、化学量和生物量的测量。
光纤传感器具有高灵敏度、高分辨率、无电磁干扰、不易受环境条件影响等优点，被广泛应用于工业自动化、环境监测、医学诊断等领域。
光纤传感器的工作原理主要分为两部分，光传输和光信号检测。
首先，我们来了解一下光传输的原理。
光纤是一种采用全反射原理传输光信号的光学导波介质。
它由中心芯和包裹在外面的包层组成。
中心芯是一个直径非常细微的玻璃或塑料材料，具有较高的折射率。
包层的折射率比中心芯低，起到了折射光线的作用，使光信号得以在光纤中传输。
当光信号进入光纤时，它会被中心芯完全反射，沿着光纤的长轴向另一端传输。
因为光线是在全反射的条件下传输的，所以光纤具有很好的光损耗特性，能够传输很长的距离而不会产生明显的信号衰减。
此外，光纤的直径细微，所以它具有一定的柔韧性，能够弯曲和弯折，适用于各种复杂环境的应用。
在光信号检测方面，光纤传感器采用了不同的工作原理，可分为干涉型、散射型、吸收型和荧光型等。
其中，干涉型光纤传感器是利用光束经过传感器中的情况下，光强发生改变的原理，进行测量和控制。
例如，光纤干涉仪是一种利用光纤干涉现象进行测量的传感器，它通过光纤的干涉现象来确定被测物理量的大小。
散射型光纤传感器通过光的散射特性来测量被测物理量。
例如，光纤散射传感器是利用光纤中的散射现象进行测量的传感器，它通过测量光信号的散射强度来计算被测物理量。
吸收型光纤传感器则是通过测量光的吸收特性来判断被测物理量。
例如，光纤吸收传感器常用于医学诊断中，可以通过测量组织中特定波长的光的吸收强度来判断组织的病理变化。
荧光型光纤传感器是利用荧光现象进行测量的传感器，它通过测量荧光物质的激发和发射光强度来判断被测物理量。
荧光型光纤传感器常用于生物医学领域，可以实现对生物分子、细胞和组织的非侵入式测量。
传感器与检测技术光纤式传感器
11光控定位光纤开关——光纤式传感器的测试项目描述•光纤开关与定尺寸检测装置是利用光纤中光强度的跳变来测出各种移动物体的极端位置，如定尺寸、定位、记数等。
特别是用于小尺寸工件的某些尺寸的检测有其独特的优势。
如图11-1所示，当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。
•通过本项目的学习。
•主要给大家介绍光纤•式传感器（简称光纤•传感器）工作原理及•相关传感器。
知识准备•光纤传感器的结构和原理•（一）光纤• 1. 光纤结构•光纤透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有能把光封闭在其中，并沿轴向进行传播的特征。
中心的圆柱体叫作纤芯，围绕着纤芯的圆形外层叫作包层。
纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。
光纤的结构光缆的外形及光纤的拉制各种装饰性光导纤维发光二极管产生多上海东方明珠种颜色的光线，通过光导纤维传导到东方明珠球体的表面。
在计算机控制下，可产生动态图案。
光纤的类型阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。
梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。
常用光纤类型及参数如表所示。
纤芯直径包层直径 /m m /mm 类型 单模 折射率分布 数孔径 值 2～880～1250.10～0.15 多模阶跃光纤(玻璃)80～200100～2500.1～0.3 多模阶跃光纤(玻璃/塑料)200～1000230～12500.18～0.50 50～100125～1500.1～0.2 多模梯度光纤2．光纤的传输原理•（1）光的折射定律•当光由光密物质(折射率n)入射至光疏物质(折射率n)时12发生折射光的反射、折射当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。
光的全反射当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。