对于智能材料之光纤传感器论文

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1、对于智能材料之光纤传感器论文对于智能材料之光纤传感器论文导读：其光学长度。以纤维干涉仪为例,由于所使用的纤维直径很小,受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化,从而引起较大的相位变化。图（1）纤维的结构21.2测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息,因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率,应用电子学的方法难以实摘要这个学期选修了《智能材料》这门课，我对里面讲述到的纤维传感器较为感兴趣，所以就以光纤传感器做我论文的主题。通过介绍光纤传感器的构造及工作原理，光纤传

2、感器的许多优越的特点，灵敏度高、可以任意改变形状、可用于恶劣的环境中等等。来说明光纤传感器的使用是非常广泛的，其应用领域是在我们的周围环境中，其重要性日益增强。最后，纤维技术会越来越得到应用，它会给我们人类带来极大的方便与利益。关键词光纤传感器；灵敏度；可用于恶劣环境1光纤传感器可以用来测量多种物理量，比如温度、压力、速度、流量、应变、位移、电磁场、化学物质浓度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。它与我们息息相关，

3、我们需要它，它需要我们来对它进行改造，创新。光纤传感器：将被测对象的状态转换成光信号来进行检测的光学传感器其本质上是一种器件。光纤传感器就是利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。它的基本工作原理是将一光源发出的光学性质保持不变的光通过某种固定的耦合方法入射到光纤，经光纤送入调制区，在调制区内外界物理量、化学量、生物量等被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位偏振态等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器

4、检测而获得被测参数和被测对象的状态。纤维传感器具有许多优点：具有抗电磁干扰、电绝缘、尺寸小、重量轻、耐化学腐蚀、被测量范围广，不会影响与复合材料的结构统一性。1.1灵敏度较高几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的的纤维传感器；可以制作传感各种不同的物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；纤维传感器可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀和其他的恶劣环境；具有与纤维遥测技术的内在相容性。灵敏度高由于光是一种波长极短的电磁波,通过光的相位便得到其光学长度。以纤维干涉仪为例,由于所使用的纤维直径很小,受到

5、微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化,从而引起较大的相位变化。图（1）纤维的结构21.2测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息,因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率,应用电子学的方法难以实现,利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。信息容量大被测信号以光波为载体,而光的频率极高,所容纳的频带很宽,同一根纤维可以传输多路信号。1.3适用于恶劣环境纤维是一种电介质,耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰,可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。另外,利用纤维的柔韧性可将纤维传

6、感器做成各种形状的传感器及传感器阵列,用于多参数测量。当前智能材料首选的信息传感和传输的理想载体32.1数值孔径（NA）如上图1所示，将?i的正弦函数定义为光导纤维的数值孔径（NA），即22n?n?12）NA=sini=数值孔径反映纤芯接受光量的多少，是标志光导纤维的接受性能的一个重要参数。其意义是无论光源发射率有多大，只有2?i张角之内的光功率能被纤维接收传播。2．2纤维模式纤维模式简单地说，就是光波沿光导纤维传播的途径和方式。在给定的光导纤维中，光线只是以某些角度入射时，所传播的光会以不同的角度入

7、射的光线，在界面上反射的次数是不同的，传递的光波之间的干涉所产生的横向强度分布叫模式。阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量可以简单表示为21?d（n1?n22）2?0V=式中：d为纤维芯直径；?0为光长。2.3传播损耗由于纤维纤芯材料的吸收、散射，纤维弯曲处的辐射损耗等的影响，光信号在纤维中的传播不可避免的要有损耗。以A来表示传播损耗（单位dB），则：A=aI=20lgI0I式中：I为纤维长度；a为单位长度的衰减；光强。?0为光导纤维输入端光强；?为光导纤维输出端4根据材料的不同又可以分无机材料：石英玻璃

8、、多组分玻璃、红外玻璃、掺稀土元素玻璃、蓝宝石晶体等；有机材料：具有极好光学性能的塑料。根据纤维在传感器中的作用，纤维传感器可以分为三大类：一类是功能型传感器;二类是非功能型传感器；还有最后一类是拾光型纤维传感器。3.1功能型传感器功能型传感器是利用纤维本身的特性把纤维作为敏感元件,被测量对纤维内传输的光进行调制,使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化,再通过对被调制过的信号进行解调,从而得出被测信号。纤维在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元