(2)微弯损耗光强调制 根据模态理论,当光纤轴向受力而发生微小弯曲时,光纤中的部分 光会折射到纤芯的包层中去,不产生全折射,这样将引起纤芯中的光强 发生变化。因此,可以通过对纤芯或包层中光的能量变化来测量外界作 用,如应力、重量、加速度等物理量 微弯光纤压力传感器由两块波形光纤 变形器 块活动,另一块固定。变形器一般采 板或其他形状的变形器构成。其中 用有机合成材料(如尼龙、有机玻璃 等)制成。一根光纤从一对变形器之烈 间通过,当变形器的活动部分受到外 (a)波形板式的压力传感器 力的作用时,光纤将发生周期性微弯 液筒 曲,引起传播光的散射损耗,使光在 芯模中重新分配一部分从纤芯耦合到 力 包层,另一部分光反射回纤芯。当外 支点 (b)滚筒型微弯传感器 界力增大时,泄漏到包层的散射光增 微弯损耗光强调制器及其传感器 大,光纤纤芯的输出光强度减小;当外界力减小时,光纤纤芯的输出光强 度增强。它们之间呈线性关系,如上图所示。由于光强度受到调制,通过 检测泄漏包层的散射光强或光纤纤芯中透射光强度的变化即可测出压力或 位移的变化
(2)微弯损耗光强调制 根据模态理论，当光纤轴向受力而发生微小弯曲时，光纤中的部分 光会折射到纤芯的包层中去，不产生全折射，这样将引起纤芯中的光强 发生变化。因此，可以通过对纤芯或包层中光的能量变化来测量外界作 用，如应力、重量、加速度等物理量。 微弯光纤压力传感器由两块波形 板或其他形状的变形器构成。其中一 块活动，另一块固定。变形器一般采 用有机合成材料（如尼龙、有机玻璃 等）制成。一根光纤从一对变形器之 间通过，当变形器的活动部分受到外 力的作用时，光纤将发生周期性微弯 曲，引起传播光的散射损耗，使光在 芯模中重新分配一部分从纤芯耦合到 包层，另一部分光反射回纤芯。当外 界力增大时，泄漏到包层的散射光增 大，光纤纤芯的输出光强度减小；当外界力减小时，光纤纤芯的输出光强 度增强。它们之间呈线性关系，如上图所示。由于光强度受到调制，通过 检测泄漏包层的散射光强或光纤纤芯中透射光强度的变化即可测出压力或 位移的变化
(3)吸收特性的强度调制 x、γ射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加,使光纤的 输出功率降低,从而可以构成强度调制器,用来测量各种辐射量 其原理如下图(a所示。用不同材料制成的光纤对不同射线的敏感 程度是不一样的,由此还可以鉴别不同的射线。例如铅玻璃光纤 对x、线和中子射线特别灵敏,并且这种材料的光纤在小剂量射 线照射时,具有较好的线性,可以测量射线的辐射剂量。 105 10 Xy射线 10 光派 0 射线 100 15McV 6辐射计 中子射线 电凉 0-210-110101-10210310 射线剂量(R) 吸收特性的强度调制
(3)吸收特性的强度调制 x、γ射线等辐射会引起光纤材料的吸收损耗增加，使光纤的 输出功率降低，从而可以构成强度调制器，用来测量各种辐射量， 其原理如下图(a)所示。用不同材料制成的光纤对不同射线的敏感 程度是不一样的，由此还可以鉴别不同的射线。例如铅玻璃光纤 对x、γ射线和中子射线特别灵敏，并且这种材料的光纤在小剂量射 线照射时，具有较好的线性，可以测量射线的辐射剂量
2.频率调制 利用外界作用改变光纤中光的波长或频率,通过检测光纤中 光的波长或频率的变化来测量各种物理量这两种调制方式分别 称为波长调制和频率调制。波长调制技术比强度调制技术用得少 其原因是解调技术比较复杂。 频率调制技术目前主要利用多普勒效应来实现。光纤常采用 传光型光纤。光学多普勒效应告诉我们:当光源S发射出的光, 经运动的物体散射后,观察者所见到的光波频率相对于原频率f 发生了变化,如图所示。S为光源,N为运动物体,M为观察者 所处的位置,若物体N的运动速度为υ,其运动方向与NS和MN 的夹角分别为中和中2则从S发出的光频率f经运动物体N散射 后,观察者在M处观察到的运动物体反射的频率为/p,根据多普 勒效应,它们之问有如下关系:(式中c为光速) f≈f01+ COS(p,+Cos 2 多普動效减示意图
2．频率调制 利用外界作用改变光纤中光的波长或频率，通过检测光纤中 光的波长或频率的变化来测量各种物理量,这两种调制方式分别 称为波长调制和频率调制。波长调制技术比强度调制技术用得少， 其原因是解调技术比较复杂。 频率调制技术目前主要利用多普勒效应来实现。光纤常采用 传光型光纤。光学多普勒效应告诉我们：当光源S发射出的光， 经运动的物体散射后，观察者所见到的光波频率f l相对于原频率f 0发生了变化，如图所示。S为光源，N为运动物体，M为观察者 所处的位置，若物体N的运动速度为υ，其运动方向与NS和MN 的夹角分别为φ1和φ2，则从S发出的光频率f 0经运动物体N散射 后，观察者在M处观察到的运动物体反射的频率为f l，根据多普 勒效应，它们之问有如下关系： (式中c为光速）
U f≈J01+-cosq1+cos2 证明:设在运动的物体N上观测到 M 的光波频率为f,则 多普動效减示意图 1+-coSP, M点观测到从 1+-c0s9 运动物体N上=fr 与机械波不同,光 发出的光波频 波(电磁波)存在 率 横向多普勒效应 U 1+-COS P, 1+-cos p2 1+-COS O,+-CoS ,+,CoS cos o f=fo 由于c>>,所以可以忽略式中的平方项
证明：设在运动的物体N上观测到 的光波频率为f /，则 M点观测到从 运动物体N上 发出的光波频 率： 由于c>>υ，所以可以忽略式中的平方项。 与机械波不同，光 波（电磁波）存在 横向多普勒效应
根据上述的近似公式,可以设计出激光多普勒光纤流速测量 系统,如下图所示。设激光光源频率为,经半反射镜和聚焦透 镜进入光纤射入到被测物流体,当流体以速度υ运动时,根据多 普勒效应,其向后散射光的频率为∫+△f0△∫(视流向而定), 向后散射光与光纤端面反射光(参考光)经聚焦透镜和半反射镜, 由检偏器检出相同振动方向的光,探测器检测出端面反射光f与 向后散射光+△或f0△f的差拍的拍频△f,由此可知流体的的 流速。 半反射镜透镜 激光器 光纤 起偏器 检偏器 ∠透镜 探测器 分析器 光纤多普勒流速测量系统
根据上述的近似公式，可以设计出激光多普勒光纤流速测量 系统，如下图所示。设激光光源频率为f 0，经半反射镜和聚焦透 镜进入光纤射入到被测物流体，当流体以速度υ运动时，根据多 普勒效应，其向后散射光的频率为f 0+Δf或f 0 -Δf（视流向而定）， 向后散射光与光纤端面反射光（参考光）经聚焦透镜和半反射镜， 由检偏器检出相同振动方向的光，探测器检测出端面反射光f 0与 向后散射光f 0+Δf或f 0 -Δf的差拍的拍频Δf，由此可知流体的的 流速。 激光器 半反射镜 透镜 透镜 探测器 分析器 光纤 光纤多普勒流速测量系统 检偏器 起偏器