光纖傳感器的工作原理

傳感器及應(yīng)用*項(xiàng)目三、物聯(lián)網(wǎng)中的位置及位移檢測(cè)傳感器及應(yīng)用任務(wù)1：生產(chǎn)線中產(chǎn)品的位置檢測(cè)任務(wù)2：生產(chǎn)線中物料的位移檢測(cè)任務(wù)3：生產(chǎn)線中電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)任務(wù)4：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)光纖式傳感器的工作原理任務(wù)2：生產(chǎn)線中物料的位移檢測(cè)光纖的結(jié)構(gòu)和種類光纖的傳輸原理光纖傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和種類內(nèi)容光纖式傳感器的工作原理纖芯包層涂覆層護(hù)套光纖呈圓柱形，它由玻璃纖維芯(纖芯)和玻璃包皮(包層)兩個(gè)同心圓柱的雙層結(jié)構(gòu)組成。一、光纖的結(jié)構(gòu)光纖式傳感器的工作原理單孔型光纖

單孔型光纖的纖芯直徑較?。〝?shù)微米）接近于被傳輸光波的波長(zhǎng)，光以電磁場(chǎng)“?！钡脑碓诶w芯中傳導(dǎo)，能量損失很小，適宜于遠(yuǎn)距離傳輸。光纖式傳感器的工作原理光纖單模光纖多模光纖按傳輸模式分階躍型梯度型按折射率變化類型也稱單孔型光纖二、光纖的分類光纖式傳感器的工作原理

階躍型：光纖纖芯的折射率分布各點(diǎn)均勻一致的多模光纖。光纖式傳感器的工作原理梯度型：梯度型光纖的的折射率呈聚焦型，即在軸線上折射率最大，離開軸線則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時(shí)，降低到與包層區(qū)一樣。光纖式傳感器的工作原理

當(dāng)一束光線以一定的入射角θ1從介質(zhì)1射到與介質(zhì)2的分界面上時(shí)，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。

光的反射、折射三、光纖的傳輸原理光纖式傳感器的工作原理（a）折射角θr大于入射角θi：（b）臨界狀態(tài)入射角θi0

：（c）全反射：斯乃爾定理

三、光纖的傳輸原理光纖式傳感器的工作原理光纖式傳感器的工作原理n0為入射光AB所在空間的折射率，一般為空氣n0≈1，則：光纖式傳感器的工作原理當(dāng)θr=90°的臨界狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的入射角為：

Sinθi0定義為“數(shù)值孔徑”NA（NumericalAperture）

相對(duì)折射率差

其中：arcsinNA是一個(gè)臨界角，θi>arcsinNA時(shí)，光線進(jìn)入光纖后在包層消失；θi<arcsinNA時(shí)，光線進(jìn)入光纖后才可以被全反射傳播。光纖式傳感器的工作原理光在光纖中的全反射

光纖式傳感器的工作原理光的全反射實(shí)驗(yàn)

光纖式傳感器的工作原理數(shù)值孔徑（NA）NA反映纖芯接收光量的多少，標(biāo)志光纖集光性能。意義：

①無論光源發(fā)射功率有多大，只有2θi0張角之內(nèi)的光

功率能被光纖接受傳播。

②大的數(shù)值孔徑：光纖的集光性能強(qiáng)。 ③但數(shù)值孔徑太大，光信號(hào)畸變也越嚴(yán)重。光纖式傳感器的工作原理以電為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)傳感器是一種把測(cè)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的電信號(hào)的裝置。它的電源、敏感元件、信號(hào)接收和處理系統(tǒng)以及信息傳輸均用金屬導(dǎo)線連接，見圖(a)。四、光纖傳感器的結(jié)構(gòu)光纖傳感器則是一種把被測(cè)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的裝置。由光發(fā)送器、敏感元件(光纖或非光纖的)、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成，見圖(b)。光纖式傳感器的工作原理光纖信號(hào)處理光接收器敏感元件光發(fā)送器（b）光纖傳感器四、光纖傳感器的結(jié)構(gòu)由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)光纖引導(dǎo)至敏感元件。這時(shí)，光的某一性質(zhì)受到被測(cè)量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后經(jīng)信號(hào)處理得到所期待的被測(cè)量?？梢?光纖傳感器與以電為基礎(chǔ)的