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《光纤传感技术与应用》复习提纲 第一章 光纤传感器 1．1．1 光纤传感器的定义及分类 传像 光纤的作用 传感器 光振幅 相位 光纤传感器的基本原理 偏振态 波长 温度 压力 光纤传感器可以测量的物理量 磁场、电场 位移 转动 用方框图表示光纤传感原理示意图（图1-1-1 光纤传感原理示意图） 传感型：利用外界因素改变光纤中光的强度（振幅）、相位、偏振态或波长（频率），从而对外界因素进行讲师和数据传输的，称为传感型（功功能型光纤传感器。特点是传感合一（信息获取和传输都在光纤中完成。 光纤传感器分类 传光型：利用其他敏感元件测得物理量，由光纤进行数据传输。特点是充分利用现有传感器，便于推广应用。 散射型 干涉型（相位型） 按传感原理分类： 偏振型 微弯型 荧光型 1．1．2 光纤传感器的特点 （1）抗电磁干扰、绝缘、耐腐蚀；适用于强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境下使用。 （2）灵敏度高；长光纤可以灵敏地探测光波的干涉，适用于测量水声、加速度、位移、温度、磁场。 （3）重量轻、体积小、形状可变； （4）测量对像广泛；力学、物理、核物理、航空、航天。 （5）对被测介质影响小； （6）便于复用，便于成网； （7）成本低 1．2 振幅调制传感型光纤传感器 （1）什么是：利用外界因素引起的光纤中光强的变化来探测物理量等各种参量的光纤传感器称为振幅调制传感型光纤传感器。 改变微弯状态 改变耦合条件 （2）用来改变光纤中光强的办法 改变吸收特性 改变折射率分布 1．2．1 光纤微弯传感器 原理：利用微弯损耗的变化，来探测外界物理量的变化。 微弯损耗：多模光纤微弯时，部分芯模能量转化为包层模能量。通过测量芯模能量或包层能量的变化来测量位移或振动等参量。 光纤微弯传感器原理图 1．2．2 光纤受抑全内反射传感器 一、透射式 原理：全内反射 缺点：需要精密的机械调整和固定装置，不利于现场环境使用。 透射式光纤受抑全内反射传感器简图 二、反射式 原理：也可以利用外界介质折射率变化，改变临界全反射条件，使反射光强变弱，从而测量外界物理量变化。 特点：这种结构简单，无机械固定装置，稳定性好 反射式光纤受抑全内反射传感器简图 1．2．3 光纤辐射传感器 原理：X射线、γ射线会使光纤的吸收损耗增加，输出端功率下降。 1．3 相位调制传感型光纤传感器 原理：利用外界因素引起的光纤中光波相位变化来探测各种物理量。 1．3．2 光纤M-Z干涉仪和光纤Michelson干涉仪 光纤M-Z干涉仪原理图 光纤Michelson干涉仪原理图 当外界（温度、压力等）因素引起光纤长度L的机械变形和折射率n的变化，均可以引起一个臂中的相位发生变化，如（1-3-5）式 式中光纤的传播常数，光纤长度，光纤折射率，光纤直径。 1．3．3 萨格纳克（Sagnac）干涉仪 光纤Sagnac干涉仪原理图 原理：在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。通过涉效应进行检测。 理论：Geoge Sagnac效应（1913年）发表 见书 （1-3-6） 见书，N圈单模光纤 （1-3-7） 数值举例：，，，， 1．3．4 光纤Fabry-Perot干涉仪 2．基本原理 光学F-P腔工作原理如图所示 光学F-P干涉仪原理示意图 两个相应严格平行的光学反射膜，构成光学谐振腔。 （1-3-9） （1-3-10） 光学相位 （1-3-11） 本征型光纤F-P传感器：两端面镀膜的一段光纤做为传感器的主体； 本征型光纤法-珀传感器原理图 非本征型光纤F-P传感器：两根光纤对在一起，单端面镀膜，隔开一定间距封装在一固定的