成都信息工程（成都信工学院）：电子工业出版社《传感器与检测技术》教学资源（PPT课件）第4章光电式传感器原理与应用（4.4）光纤传感器

光纤传感优点：灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。

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44光纤传感器垂光纤传感优点: 灵敏度较高;几何形状具有多方面的适应性, 可以制成任意形状的光纤传感器;可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等) 的器件;可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;而且具有与光纤遥测技术的内在相容性

4.4 光纤传感器光纤传感优点：灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性

光纤传感器( FOS Fiber Optical Sensor)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。光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压磁场等物理量

光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor) 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。光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量

44光纤传感器 44.1光导纤维的结构和导光原理 4.2光导纤维的主要参数 44.3光纤传感器结构原理 444光纤传感器的分类 445光纤传感器的特点 44.6光纤传感器的应用

4.4 光纤传感器 4.4.1 光导纤维的结构和导光原理 4.4.2 光导纤维的主要参数 4.4.3 光纤传感器结构原理 4.4.4 光纤传感器的分类 4.4.5 光纤传感器的特点 4.4.6 光纤传感器的应用

4.4.1光导纤维的结构和导光原理圆柱形内芯和包层组成,而且内芯的折射率略大于包层的折射率纤芯 2R 2r +( 包层上一页下一页

4.4.1 光导纤维的结构和导光原理 ⚫ 圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率返回上一页下一页

斯乃尔定理 ●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 n, sin 0=n, sin 6 其中n1和n2为折射率,0 0r为入射角和折射角

斯乃尔定理 ⚫ 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： n  i n  r 1 sin = 2 sin 其中n1和n2为折射率，θi 、 θr为入射角和折射角

当光由光密物质出射至光疏物质时,在一定条件下会发生一全反射。(这时折射定律不再成立,只有全反射 6 (a) (b) (c (a)折射角大于入射角:snO=n,sinO b)临界状态:O= arcsin((n2/n) (c)全反射: 上一页下一页

当光由光密物质出射至光疏物质时，在一定条件下会发生全反射。（这时折射定律不再成立,只有全反射。）（a）折射角大于入射角：（b）临界状态：（c）全反射： n  i n  r 1 sin = 2 sin arcsin( / )  i 0 = n2 n1 0  i  i  返回上一页下一页

光纤导光(光纤直径>>光的波长) E 0K B io K D n sin 0=n, sin e In, sin 0.=n sin 0 上一页下一页

光纤导光 (光纤直径>>光的波长） n  i n  j 0 sin = 1 sin n  k n  r 1 sin = 2 sin 返回上一页下一页

sin,=(n, /no )sin 0, 0,=900-0 sin 0, =(n, / no )sin( 900-0)=mcos 0,=n sin-e sin e (2 sing/2 n,-n sine n为入射光线AB所在空间的折射率,一般皆为空气,故n01 2 SIn n sine 上一页下一页

 j − k = 90 i k k k n n n n  n n    2 0 1 0 1 1 0 sin = ( / )sin( 90 − ) = cos = 1− sin  i n n  j sin = ( 1 / 0 )sin r i r n n sin n sin ) n n ( n n sin    2 2 2 2 1 0 2 1 2 0 1 1 1 = − = − n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故 n0≈1  i n n  r 2 2 2 2 1 sin = − sin 返回上一页下一页

当r=90°的临界状态时, sin e Sin0定义为“数值孔径”NA( NumericalAperture) sin,≈n12A △=(n1-n2)/mn1相对折射率差 arcsine是一个临界角, i> aresia,光线进入光纤后都不能传播而在包层消失; i< arcsinE,光线才可以进入光纤被全反射传播。0k大, 故而将无损地通过光纤纤芯传播。直到端面。上一页下一页

2 2 2 0 1 sin  i = n − n 当θr =90°的临界状态时， Sin θi定义为“数值孔径”NA（Numerical Aperture） sin  1 2 0  i n 1 2 1  = (n − n )/ n 相对折射率差 arcsinNA是一个临界角， θi > arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失； θi < arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播。θk大，故而将无损地通过光纤纤芯传播。直到端面。返回上一页下一页

4.4.2光导纤维的主要参数 1.数值孔径(NA) 2.光纤模式 3.传播损耗

4.4.2 光导纤维的主要参数 ⚫ 1. 数值孔径（NA） ⚫ 2. 光纤模式 ⚫ 3. 传播损耗返返回回上一页下一页

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