光纖傳感器的基本原理(編輯修改稿)
2025-06-03 22:55 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ??????????)c o s(1c o s1c o s1c o s1c o s1212121211??????cvfcvcvfcvffcvff 光纖多普勒技術(shù) 根據(jù)多普勒頻移原理，采用激光作為光源的測(cè)量技術(shù)是研究流體流動(dòng)的有效手段。 它的主要持點(diǎn)是空間分辨率高，光束不干擾流動(dòng)性，并具有跟蹤快速變化的能力。 ? 現(xiàn)在來(lái)討論一下檢測(cè)信號(hào)的光功率計(jì)算方法。流體中運(yùn)動(dòng)體的返回信號(hào)大小取決于背向散射光強(qiáng)、媒質(zhì)衰減和光纖接收面積及數(shù)值孔徑。 返回進(jìn)入光纖的總功率 Pr 波長(zhǎng)調(diào)制機(jī)理 波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器主要是利用傳感探頭的光頻譜特性隨外界物理量變化的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此類(lèi)傳感器多為非功能型傳感器。 光纖 pH探測(cè)技術(shù) 這種技術(shù)利用化學(xué)指示劑對(duì)被測(cè)溶液的顏色反應(yīng)來(lái)測(cè)量溶液的 pH值 . ? 采用雙波長(zhǎng)工作方式的目的是為了消除測(cè)量中多種因素所造成的誤差。取綠光 (558nm)作為調(diào)制檢測(cè)光，紅光 (630 nm)作參考光，探測(cè)器接收到的綠光與紅光強(qiáng)度的吸收比值為 R, pH值與 R的關(guān)系為 式中． c、 k為常數(shù)； L為試劑長(zhǎng)度 , Δ＝ pH—pK，其中pH是酸堿度 , pK是酸堿平衡常數(shù)。 光纖磷光探測(cè)技術(shù) 兩個(gè)光電二極管的敏感波長(zhǎng)不同，一個(gè)對(duì) 540 nm的光敏感，另一個(gè)對(duì) 630 nm的光敏感。經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電子電路進(jìn)行信號(hào)處理，得到相對(duì)光強(qiáng)與溫度變化的特性曲線。經(jīng)校正可以得到輸出相對(duì)光強(qiáng)與溫度呈線性關(guān)系。 光纖黑體探測(cè)技術(shù) 通過(guò)測(cè)量物體的熱輻射能量確定物體表面溫度是非接觸式測(cè)溫技術(shù)。物體的熱輻射能量隨溫度提高而增加。對(duì)于理想“黑體”輻射源發(fā)射的光譜能量可用熱輻射的基本定律之一普朗克(Plank)公式表述 . 所謂“黑體”、就是能夠完全吸收入射輻射，并具有最大發(fā)射率的物體。 1/310 )1(),( 2?? ?? TceCTE ???光纖黑體探測(cè)技術(shù)。就是以黑體做探頭，利用光纖傳輸熱輻射波，不怕電磁場(chǎng)干擾，質(zhì)量輕． 靈敏度高，體積小，探頭可以做到 。 光纖法布里 —泊羅濾光技術(shù) 式中， d是法布里 —泊羅標(biāo)準(zhǔn)具厚度； n’是標(biāo)準(zhǔn)具平行板內(nèi)的介質(zhì)折射率； φ是反射光的相位躍變。 偏振調(diào)制機(jī)理 ? 光波是一種橫波，它的 光矢量是與傳播方向垂直 的。如果光波的光矢量方向始終不變，只是它的大小隨位相改變，這樣的光稱(chēng) 線偏振光 。光矢量與光的傳播方向組成的平面為線偏振光的 振動(dòng)面 。如果光矢量的大小保持不變，而它的方向繞傳播方向均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)，光矢量末端的軌跡是一個(gè)圓，這樣的光稱(chēng)圓偏振光。如果光矢量的大小和方向都在有規(guī)律地變化，且光矢量的末端沿著一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱(chēng) 橢圓偏振光 。 k E H 偏振光的表示法 圓偏振光 線偏光 橢 圓 偏 振 光 馬呂斯定律 強(qiáng)度為 I0的偏振光，通過(guò)檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為： I=I0 cos2α 其中 α 為檢偏器的偏振化方向與入射偏振光的偏振化方向之間的夾角。 A I I0 ? α 為線偏振光的振動(dòng)方向 OM與檢偏器透振方向 ON間的夾角。 ?0AOMN?co s0AA ??22020c o s??AAII? ? ? ? ? ? 0I 20IMo一束光強(qiáng)為 I0的自然光透過(guò)檢偏器，透射光強(qiáng)為 I0 /2 解釋 I=I0 cos2α 天然的方解石晶體是雙折射晶體 A B 光的雙折射現(xiàn)象 一束自然光射向石英、方解石等各向異性介質(zhì)時(shí)，其折射光有兩束，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 雙折射現(xiàn)象 。 普 克耳 效應(yīng) 各向異性晶體中的普克耳效應(yīng)是一種重要的電光效應(yīng)。當(dāng)強(qiáng)電場(chǎng)施加于光正在穿行的各向異性晶體時(shí)，所引起的感生雙折射正比于所加電場(chǎng)的一次方，稱(chēng)為線性電光效應(yīng)，或普克耳效應(yīng)。 ? 折射率橢球方程 1232222212???nznynx對(duì)于雙抽晶體，主折射率 ； 對(duì)于單抽晶體，主折射率 為尋常光折射率， 為非常光折射率。 321 nnn ??onnn ??
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