传感器笔记10-光纤

看看考啥

[[传感器考前划重点#第十章光纤]]

光纤结构

光的全反射现象是研究光纤传光原理的基础。
数值孔径 $N A=\sin \theta_{0}=\frac{1}{n_{0}} \sqrt{n_{1}^{2}-n_{2}^{2}}$ ，是光纤集光性能的主要参数。
表示：无论光源发射功率多大，只有 $2\theta$ 张角内的光，才能被光纤接收、传播(全反射)；NA愈大，光纤的集光能力愈强。

光纤分类

分类标准	分类结果
材料	玻璃和塑料
折射率	阶跃和梯度
传播模式	多模和单模

阶跃型光纤纤芯的折射率不随半径而变；但在纤芯与包层界面处折射率有突变。梯度型光纤纤芯的折射率沿径向由中心向外呈抛物线由大渐小，至界面处与包层折射率一致。
模：光波的横切向传播分量往返一次的相位变化为2π的整数倍时，将形成驻波。形成驻波的光线组称为模。

光纤传感器分类

功能型光纤传感器（FF）（传感型）：利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件。
非功能型光纤传感器（NF）（传光型）：利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为传输介质。

光的调制

强度

光模式强度调制：微弯效应
利用光在微弯光纤中强度的衰减原理，将光纤夹在两块具周期性波纹的微弯板组成的变形器中构成调制器。
外调制：反射式强度调制
这里光纤分为两部分：发送光纤和接收光纤。两种常用的调制器是反射器和遮光屏。（例子：膜片反射式光纤压力传感器）
外调制：透射式强度调制（移动遮光板）
折射率强度调制
折射率变化型：温度恒定时，折射率不变。以某一温度时接收到的光强为基准,根据传输功率的变化可确定温度的变化。
渐逝波耦合型：利用受抑全反射原理
反射系数型：压力或温度改变反射率
吸收系数强度调制：X射线、γ射线等辐射线会使光纤材料的吸收损耗增加，输出功率降低。

相位

原理：通过被测能量场的作用，使敏感单模光纤内传播的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。

应力应变效应
光纤受到纵向（轴向）的机械应力作用时，将产生三个主要的物理效应（长度的应变效应、直径的泊松效应和折射率的光弹效应），导致光纤中光相位的变化
热胀冷缩效应
信号臂光纤可以足够长，对温度变化有很高的灵敏度。

相位调制的解调

零差检测：初相位正交的干涉光束（两束相干光）照射在光电探测器上，可以把相位差转化为输出电流变化。