第3章温度传感器分析报告.ppt

单模光纤 单模光纤(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。 其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。 在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。即在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。 从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。 1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。 多模光纤 多模光纤(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。 但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。 例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 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。 单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。 与光纤耦合的电光与光电转换器件 实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。 注：单模光纤必须采用能发射单一光谱的激光二极管，它在传导过程中的发散损耗较小，稳定性较高。 激光二极管的外形 激光二极管芯片 光纤的损耗 光纤在传输信号的过程中损耗应尽量小且稳定。在某些波长上，光纤的损耗非常小。可选择适当波长的电光转换元件与之匹配。 专用的光纤连接头及光纤插座 光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。 2. 光纤传感器 （1）光纤传感器的结构原理 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; 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. （a）传统传感器 （b）光纤传感器 图3-44 光纤传感器与传统传感器的结构 光纤传感器组成示意图 （a） 传感型； （b） 传光型 （2）光纤传感器的分类 传感器 光学现象 被测量 光纤 分类 干涉型 相位调制光线传感器 干涉（磁致伸缩） 干涉（电致伸缩） Sagnac效应 光弹效应 干涉 电流、磁场 电场、电压 角速度 振动、压力、加速度、位移 温度 SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM a a a a a 非干涉型 强度调制光线温度传感器 遮光板遮断光路 半导体投射率的变化 荧光辐射、黑体辐射 光纤微弯损耗 振动或液晶的反射 气体分子吸收 光纤漏泄膜 温度、振动、压力、加速度、位移 温度 温度 振动、压力、加速度、位移 振动、压力、位移 气体浓度 液位 MM MM MM SM MM MM MM b b b b b b b 偏振态调制光线温度传感器 法拉第效应 泡克尔斯效应 双折射变化 光弹效应 电流、磁场 电场、电压 温度 振动、压力、加速度、位移 SM MM SM MM b,a b b b 频率调制光线温度传感器 多普勒效应 受激喇曼散射 光致发光 速度、流速、振动、加速度 气体浓度 温度 MM MM MM c b b A.光纤的传感器中的作用 功能型 FF型，Functional Fiber 非功能型 NFF型Non Functional Fiber 拾光型 (a) 功能型（全光纤型）光纤传感器 光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。优点：光纤连续,结构紧凑、灵敏度高。 缺点：须用特殊光纤，成本高， 典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。 (b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器 光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。 优点：无需特殊光纤及其他特殊技术， 比较容易实现，成本低。 缺点：光纤不连续,灵敏度较低。 实用化的大都是非功能型的光纤传感器。 (c) 拾光型光