【文章內(nèi)容簡介】 Δ。它們之間有下列線性關(guān)系 圖 714 脈沖法測定全色散系統(tǒng) 0( ) ( ) ( )ty t h t x d? ? ????且有 2 2 221tt ?? ? ? ? ?（ 722） 光纖制品的一般應(yīng)用 光纖通信 光纖在直接導(dǎo)光方面的應(yīng)用 光纖制品在傳像方面的應(yīng)用 本節(jié)主要包括以下幾部分內(nèi)容： 光纖通信 光通訊系統(tǒng)的工作原理如圖 715所示。 圖 715 光纖通訊系統(tǒng)原理 光源大多采用半導(dǎo)體光源或半導(dǎo)體激光器。 探測器通常要求靈敏度高、響應(yīng)快、并具有噪聲低的特點。常用的有硅或鍺的光電二極管 (～ )、 PIN型光電二極管和 APD型 (雪崩 )光電二極管等。 主要部件介紹： 耦合器的作用是讓光源發(fā)出的光通量盡可能多地進(jìn)入光纖，這是光纖通訊的重要課題。直接耦合損耗很大，圖 716所示是幾種耦合方案和可能造成損耗量的大小。 圖 716 幾種耦合方案及損耗 光纖在直接導(dǎo)光方面的應(yīng)用 1. 光纖照明器 圖 717所示為實現(xiàn)線狀照明的例子。圖 718所示是多路照明的原理。 圖 717 線狀照明系統(tǒng) 圖 718 多路照明系統(tǒng) 2. 直接導(dǎo)光光纖在檢測中的應(yīng)用 在檢測技術(shù)中光纖直接導(dǎo)光束常制成叉型。又叫做 Y光纖。如圖719所示。 圖 719 Y光纖外形 利用 Y型光纖構(gòu)成的天線型光纖位移傳感器如圖 720所示。 圖 720 天線型光纖位移傳感器原理及特性 3. 光纖束行掃描器 利用直線 — 圓環(huán)光纖轉(zhuǎn)換器和 Z型導(dǎo)光管可以對移動目標(biāo)實現(xiàn)圖像信號的采集，如圖 721所示。 圖 721 光纖束行掃描器原理 4. 光纖直接導(dǎo)光的其他應(yīng)用 光纖直接導(dǎo)光的例子很多。例如多種光的合成利用光纖比利用光學(xué)系統(tǒng)方便得多。又如激光手術(shù)刀就是利用光纖傳輸激光，使激光能量以高入射功率密度 (1～ 10W)聚焦在人體某部分組織表面上，輻射為人體組織吸收、升溫、最后氣化而切除。激光加工、 加熱，以及海底供能等，采用光纖束傳輸能量是尚佳的方案。 光纖在傳像方面的應(yīng)用 1. 各種內(nèi)窺鏡 利用光纖傳像束可彎曲的特點，可制成各種內(nèi)窺鏡，以實現(xiàn)對用一般光學(xué)方法難以觀察到的地方進(jìn)行窺視。目前內(nèi)窺鏡在醫(yī)療及工業(yè)工程中得到了廣泛而又滿意的應(yīng)用。 2. 光纖圖像轉(zhuǎn)向器 在許多工作場合需要對多處進(jìn)行切換觀察，可采用光纖圖像換向系統(tǒng)來實現(xiàn)。如圖 722所示。 圖 722 光纖圖像換向器原理 3. 光纖面板平像場器 這是光纖面板的重要應(yīng)用之一．在攝影特別是在廣角攝影中，要求物鏡不產(chǎn)生畸變和場曲。有時很難做到。而利用光纖面板制成校正元件，同時可以校正畸變和場曲。圖 723是一個用來消除場曲的光纖面板平像場器，凹面為輸入端。其曲面與物鏡像場形狀一致，平面為平像場器的輸出端。 圖 723 消場曲光纖平像場器 4. 光纖面板在真空器件中的應(yīng)用 在電真空器件中，光纖面板主要是用來充當(dāng)輸入窗口，輸出窗口或管內(nèi)傳像器件。在一代像增強(qiáng)器中，它是作為幾支單級像增強(qiáng)器 (如三支 )之間的級間耦臺元件。采用光纖面板作為單管的輸入和輸出窗，使級間直接耦合，將極大地提高光能的利用率。同時光纖面板還可校正電子光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的場曲。 光纖面板在變像管、陰極射線管和 x射線像增強(qiáng)器等器件中的應(yīng)用與上述類似。 光纖扭像器是將圖像旋轉(zhuǎn) 180176。 后輸出，使倒像轉(zhuǎn)為正像。光纖光錐可使圖像放大或縮小，常作為像耦合器件使用。剛性光纖器件在光電成像系統(tǒng)中應(yīng)用甚廣。 智能光纖傳感技術(shù) 智能結(jié)構(gòu) 光纖傳感器在智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 光纖智能結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 本節(jié)主要包括以下幾部分內(nèi)容： 智能結(jié)構(gòu) 智能材料 (IntelligentMaterials)是模仿生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化，并能實時地改變自身的一種或多種性能參數(shù)，做出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。 智能結(jié)構(gòu) (IntelligentStructures)是指把智能材料植入工程結(jié)構(gòu)中，使工程結(jié)構(gòu)感知和處理信息，并執(zhí)行處理結(jié)果，對環(huán)境的刺激作出自適應(yīng)響應(yīng)，使離線、靜態(tài)、被動的檢測變?yōu)樵诰€、動態(tài)、實時、主動監(jiān)測與控制，實現(xiàn)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全、減輕質(zhì)量、降低能耗、提高結(jié)構(gòu)性能等目標(biāo)的工程結(jié)構(gòu)。 智能結(jié)構(gòu)分為本征型與集成型兩大類。本征型是利用微結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有傳感、執(zhí)行及信號處理功能的材料制成的結(jié)構(gòu)。集成型是指在結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋入傳感器、執(zhí)行器及控制器的結(jié)構(gòu)。 光纖傳感器在智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 光纖是智能結(jié)構(gòu)首選的信息傳輸與傳感的載體。 一個光纖智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本功能是：感知結(jié)構(gòu)內(nèi)、外部環(huán)境條件；將信息傳送回光電信號處理器；根據(jù)感知到的信息作出反應(yīng)。 光纖智能結(jié)構(gòu)基本框圖如圖 724所示。 圖 724 光纖智能結(jié)構(gòu)基本框圖 與光纖智能結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)及關(guān)系如表 72所示。 對光纖智能結(jié)構(gòu)而言其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是光纖傳感技術(shù)，表73所示為一些已經(jīng)用于光纖智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的光纖傳感器，并對不同類型傳感器的應(yīng)用特點進(jìn)行了比較。 在光纖智能結(jié)構(gòu)中，多路復(fù)用技術(shù)有 5種：分波長復(fù)用、分時復(fù)用、頻分復(fù)用、干涉復(fù)用和偏振復(fù)用。最常用的是分波長復(fù)用，其中每個傳感器按光譜色彩編碼并且分時復(fù)用，可以用于空間上分散的傳感器。圖 725所示為分時和分波長復(fù)用相結(jié)合的一個簡單例子。 圖 725 使用時間 波長 分割多路復(fù)用技術(shù)，支持沿一根光纖上的幾個光纖傳感器 光纖智能結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 1. 航空方面的應(yīng)用 (1)飛機(jī)骨架健康評估 光纖智能結(jié)構(gòu)使飛機(jī)具有自身結(jié)構(gòu)的“自覺性”，即通過埋置在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件和蒙皮內(nèi)的光纖傳感器，便可獲得飛機(jī)構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力、溫度變化等信息。在飛機(jī)起飛和動力加大過程中，位于結(jié)構(gòu)或蒙皮中的傳感器將采集環(huán)境參數(shù)，計算機(jī)將無損測試構(gòu)件，評估其飛行價值。 (2) 超高速飛行器 當(dāng)飛行器的飛行速度超過 5倍音速時，飛行器表面的溫度已構(gòu)成敵方紅外熱探測的熱目標(biāo)。為了飛行器的自身安全，應(yīng)將其表面溫度降至 218oC以下，航天飛機(jī) X－ 30就采用復(fù)合材料冷卻板，在冷卻板內(nèi)埋置光纖傳感器，測量復(fù)合材料板的健康狀況和溫度分布的數(shù)據(jù)，如圖 726所示。此外，還可在冷卻板內(nèi)布設(shè)光纖通信線路。 圖 726 航天飛機(jī)冷卻板 2. 船舶方面的應(yīng)用 光纖傳感器和光纖傳輸系統(tǒng)具備足以克服各種干擾和惡劣環(huán)境的高可靠要求。目前，海軍的大部分注意力集中于特種目的聲吶陣列和磁異常探測的光纖傳感器上，而對用于探測壓力，溫度、位置、液位、燃燒火焰和破裂等常用的光纖傳感器的開發(fā)則相對落后。 圖 727 安裝在 USS Mobile Bay號艦上的光纖損傷控制系統(tǒng) 3. 醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用 表 74歸納了光纖在醫(yī)用測量儀器中的主要應(yīng)用。 (1) 光纖激光多譜勒流速儀 光纖激光多譜勒流速儀用途很多，包括心血管臨床病理 (心臟監(jiān)護(hù) )、冠狀血管擴(kuò)張照影和冠狀動脈狹窄的檢測。血管內(nèi)的血流速度可用光纖耦合的激光多普勒儀來測定，該方法已經(jīng)在管壁極薄和管徑極小的血管內(nèi)試用過。它是基于由典型直徑為 7?m的運(yùn)動中的血細(xì)胞的散射造成的激光多譜勒頻移。如圖 728所示。散射光信號將有一個多普勒頻移 ?? c o s/2 nvf ?? （ 723） 式中 n(=)為血液的折射率， v為直流速度， ?為圖 728所示系統(tǒng)定義的角度。 圖 728 光