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6、光纤式光电开关应用 7、光纤的医学应用 上面介绍的几种干涉仪,是由空气光路和多个光学器件(分束器和平面镜)组合而成的。这些干涉仪型传感器可用于检测位移,还可用于测量应变和应力。 缺点： 改进：单模光纤作为干涉仪的光路 “全光纤”干涉仪结构 “全光纤”干涉仪结构 1、 光纤声传感器 锁相环零差检测马赫―泽德干涉仪型声传感器。 LD→3dB耦合器→干涉仪两臂上→3dB耦合器汇合→相位调制转换为强度调制。3dB耦合器的两个光输出端口各接有一个光电二极管,将光信号转换为电信号。 差动放大器将两个光电二极管的输出电信号放大,并使共模噪声(如激光振幅的波动)得到抑制。为了消除低频噪声,差动放大器的输出信号经过低通滤波器滤波。积分器输出一信号通过参考臂上的移相器来补偿相位的大幅度漂移,并使零差检测处于正交工作状态。 该系统稍加改进,将干涉仪的两个臂都设计成有一部分光纤对声场敏感,并使这两部分在空间保持一定距离,也可用于测量声场声压梯度(声速)。 光纤声（或其他物理场）传感器的关键是检测臂的传感部分要设计得对待测声场（或其他物理场）敏感,而检测臂的其余部分和参考臂要对声场不敏感。为使检测臂对声场（或其他物理场）敏感要研制对声场敏感的特种光纤或光纤元件。 2、 光纤磁传感器 原理：磁场→磁致伸缩效应→材料尺寸变化→作成光纤磁传感器。 光纤磁传感器主要用于测量非常弱及变化非常缓慢的磁场。 法布里―珀罗干涉仪型磁传感器 两段在一端粘有反射镜的镍管由环氧树脂粘结于空心管中。透镜1将光纤发出的光变成平行光,透镜2将腔的透射光耦合进输出光纤,再由电路进行信号检测和处理。 3、 光纤电流传感器 第一种结构：把一段被覆镍的光纤放在受待测电流激励的螺旋管中央。通过测量磁场强度,确定电流的大小。利用这种方法,在100~5000Hz的频率范围内,每一米敏感光纤测出最小电流为3×10-8A。 4、 光纤线性加速度计 干涉仪一条臂中有一段光纤被固定在外壳的上端与悬挂物体之间。而干涉仪另一条臂中一段相同长度的光纤则固定在悬挂物体与外壳的下端之间。如果让加速度计的外壳以加速度a向上运动,那么在加速该物体所需的作用力F的作用下,上面的一段光纤将伸长ΔL,下面的一段光纤则缩短ΔL。检测相差可得加速度。 双光纤线性加速度计 标志孔 电路板标志检测 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。 光纤 耦合器 传输光纤 出射光纤 5、光纤式光电开关应用 采用遮断型光纤光电开关对IC 芯片引脚进行检测 光纤内窥镜 光学纤维胃镜 第9章 光纤传感器及其应用 * 第9章 光纤传感器及其应用 ●灵敏度较高； ●几何形状具有良好的适应性，可制成任意形状的光纤传感器； ●可以传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件； ●抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温等恶劣环境。 ●容易实现对被测信号的远距离监控。 优点： 光纤传感器：将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位等）发生变化，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 应用：磁、声、压力、温度、加速度、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量 。 一、光导纤维结构和导光原理 光纤的结构如图所示。纤芯,由某种类型的玻璃或塑料制成；包层,由特性与纤芯略有不同的玻璃或塑料制成 9.1 光导纤维基本知识 ●纤芯：石英玻璃，直径5－75um，以二氧化硅为主，掺杂微量元素； ●包层：直径100－200um，也是玻璃，但折射率略低于纤芯； ●涂敷层：硅酮，隔离杂光； 在光纤中, 光的传输限制在光纤中, 并随光纤能传送到很远的距离, 光纤的传输是基于光的全内反射。 根据斯涅尔定律,光线在两种不同介质的分界面上会产生折射现象,折射定律为 （a）折射角大于入射角： （b）临界状态： （c）全反射 ： 根据全内反射原理,设计光纤纤芯的折射率n1要大于包层的折射率n2。 掠射角(入射角的余角)θθc的光线:纤芯折射到包层中,不能传播很远； 掠射角θθc（临界角）的光线：发生全反射 二、光纤的几个重要参数 1.数值孔径(NA) 定义:光从空气入射到光纤输入端面时,处在某一角锥内的光线一旦进入光纤,就将被截留在纤芯中,此光锥半角(θ)的正弦称为数值孔径。可导出 反映纤芯接收光量的多少，标志光纤的接收性能。 意义：无论光源发射功率有多大，只有入射角处于2θc的光椎角内，光纤才能导光。 大的数值孔径：有利于耦合效率的提高。 但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。 如入射角过大， 光线便从包层逸出而