第六章其他种类的传感器 第一节光纤传感踞 第二节乞敏传感 第三节显度传蹙噩
1 第一节 光纤传感器 第二节 气敏传感器 第三节 湿度传感器 第六章 其他种类的传感器
第一爷光笄传贏器 光纤传感器( FOS Fiber optical sensor)是20世纪70年 代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它 是光纤和光通信技术迅速发展的产物,它与以电为基础 的传感器有本质区别。光纤传感器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 ①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强 ③非侵入性 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控 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
2 光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是20世纪70年 代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它 是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础 的传感器有本质区别。光纤传感器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。 ①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。 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 第一节 光纤传感器
光导纤维导光的基本原理 光是一种电磁波,一般采用波动理论来分析导光的基 本原理。然而根据光学理论指出:在尺寸远大于波长而 折射率变化缓慢的空间,可以用“光线”即几何光学的方 法来分析光波的传播现象,这对于光纤中的多模光纤是完 全适用的。为此,采用几何光学的方法来分析。 1、斯乃尔定(Snel1sLaw) 当光由光密物质(折射率大)入射至光疏物质时发生折射 如图(a),其折射角大于入射角,即n1>a2时,b1>B1 n1、n2、Br、日;之间的数学关系为 n sinb=n sine 可见,入射角θ增大时,折射角(a)光的折射示意图 θ也随之增大,且始终θr>6;
3 一 、光导纤维导光的基本原理 光是一种电磁波,一般采用波动理论来分析导光的基 本原理。然而根据光学理论指出：在尺寸远大于波长而 折射率变化缓慢的空间,可以用“光线”即几何光学的方 法来分析光波的传播现象,这对于光纤中的多模光纤是完 全适用的。为此, 采用几何光学的方法来分析。 1、斯乃尔定理（Snell's Law） 当光由光密物质(折射率大)入射至光疏物质时发生折射， 如图(a)，其折射角大于入射角，即n1＞n2时，θ r＞θi。 n1 n2 θ r θi 可见，入射角θ (a)光的折射示意图 i增大时，折射角 θ r也随之增大，且始终θ r＞θi。 n1、n2、θ r、θi之间的数学关系为 n1 sinθi =n2 sinθr
当θ=90时,6,仍<90°,此时, 出射光线沿界面传播如图(b), 称为临界状态。这时有 (b)临界状态示意图 sinb.=sin90°=1 sino=nIn Bio=arcsin(n,/n) 式中:6 10 临界角 (c)光全反射示意图 当θ;>θi并继续增大时,r>90°,这时便发生全反射 现象,如图(c),其出射光不再折射而全部反射回来
4 当θi＞θi0并继续增大时，θ r＞90º ，这时便发生全反射 现象，如图(c) ，其出射光不再折射而全部反射回来。 式中：θi0——临界角 θi0=arcsin(n2 /n1 ) sinθi0 =n2 /n1 sinθ r ＝sin90º＝1 n1 n2 θ r θi (c)光全反射示意图 n1 n2 θ r θi (b)临界状态示意图 当θ r =90º时，θi仍＜90º ，此时， 出射光线沿界面传播如图（b）， 称为临界状态。这时有
2、光纤能构 分析光纤导光原理,除了应用斯乃尔定理外还须结合光 纤结构来说明。光纤呈圆柱形,它由玻璃纤维芯(纤芯) 和玻璃包皮(包层)两个同心圆柱的双层结构组成 纤 2R2 层 光纤结构 纤芯位于光纤的中心部位,光主要在这里传输。纤 心折射率n1比包层折射率n2稍大些.两层之间形成良好 的光学界面,光线在这个界面上反射传播
5 2、光纤结构 分析光纤导光原理，除了应用斯乃尔定理外还须结合光 纤结构来说明。光纤呈圆柱形，它由玻璃纤维芯(纤芯) 和玻璃包皮(包层)两个同心圆柱的双层结构组成。 纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这里传输。纤 心折射率n1比包层折射率n2稍大些．两层之间形成良好 的光学界面，光线在这个界面上反射传播。 2R 2r n2 n1 n n2 n1 纤 芯 包 层 光纤结构