光纖傳感技術3功能型

各各

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。這種結構易于被帶電粒子或高能射線激發(fā)到高振動態(tài)然后迅速(～幾個ns)退激而發(fā)光。雖然在發(fā)光衰減前(～10-12s)由于和相鄰分子的碰撞損失過剩的振動能使得發(fā)射光譜向長波方向位移，但在絕大多數(shù)閃爍體中發(fā)射光譜與吸收(激發(fā))光譜 收。因此在實際應用中,要在閃爍物質(x)中加入雜質(y,z),它們一般也是閃爍物質,但與x相比具有較低的激發(fā)態(tài)。加入雜質后,x發(fā)出的熒光光子γx會被第一種雜質y吸收,釋放出具有更大波長的光子γy;γy還會發(fā)生和γx相同的過程，把熒光變到波長更大的范圍。最終被探 以塑料閃爍光纖為例,芯層材料主要是PS(聚苯乙烯)或PVT(聚乙烯 加熒光閃爍物質，折射率n1約1.60,涂層折射率n2約1.49，由于熒光發(fā)射的各向異性，在芯層中產生的閃爍光只有很小一部分[～(1-n2/n1)<10%]播，傳輸效率很低，需要有光電倍增管等光放大裝置探測。有些閃爍光纖，除了上述兩層外,最外面還有一層不透明吸收光的物質,主要用以吸收離開光纖的熒光，因8000光子每MeV能量。由于光纖構成的探測器具有空間分辨率好,時間分辨小,對磁場不靈敏,機械可塑性強等優(yōu)點,因此在高能物理中有著廣泛的應用。 譜儀是正負電子對撞機組是由高能物理和國內17所大學和研究機構及、、韓國和英國的物理學家和組成的。 (CERN)建設的目LHC(LargeHadronCollider)。它的 長基線中微子振蕩實驗，利用KEK12GeV質子同 西歐中心中微子發(fā)送到意大利Gran利用2000噸重的乳膠尋跡設備開展中微子振蕩實驗項目（OscillationProjectwithEmulsionTrackingApparatus，簡稱OPERA）西歐中心將高能中微子束流送到730公里以 GranSasso ，那里組裝OPERA探測器。該實驗有包括西歐中心、 19791979年G.J.Mullor提出利用衰減全內反射 量的原 一般認為，當發(fā)生全反射時，不存在在全反射發(fā)生時，光疏介質中波的表達式可寫為（推導過程略 光光疏界面上全反射時，光疏介質中沿界面法線的平均能流密度，即沒有能量向光疏介質的 ；但光疏介質中沿表面的平均能流密度零，即有能量沿光疏介質的表面層 ，其振幅隨進入光疏介質的深度而作減。數(shù)個波長的表面層。破壞此條件破壞此條件——

19021902Wood19581958年Turbader首先對金屬薄膜采用光的全反射激勵的方法觀察SPR1968年德國物理學者Otto

現(xiàn)象既衰減全反射(ATR)，給出SPR激發(fā)條件并設計了以棱鏡為基體的Otto 1993膜，獲得更為的SPR光譜膜 smon表面等離子體波現(xiàn)象是一種發(fā)生在金屬與電介質界面上的物理光電磁波的激勵下，表面等離子體發(fā)生現(xiàn)象。它對附著在金屬表面電介質的折射率變化非常敏感。表面等離子體波技術在物理學和薄膜科學 smon smonsmonWave，SPW）。SPW實際上是約束在金屬和介質表面上的一種電磁波，它沿著金 smon垂直于方向的平面內可以分解為垂直于入射面的和平行于入射面的兩個分量。相應地TM波)。由于S偏振光的電場與界面平行，因此電子的運動并無

smon smon

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外界擾動（應力應變、振動、溫度變化等 光的：滿足一定條件的兩列相干光波相遇疊加，在疊加區(qū)域某些點的光振動始終加強，某些點的光振動始終減弱，即在區(qū)域內振動強度有穩(wěn)定的空間獲得穩(wěn)定的必要條件是：（1）兩束光的頻率相同；（2）兩束光的振動定的相位差，從而不能形成的關系。這個長度就是相干長度。反映的是光譜的 大大降 裝置的復雜程 M-M-和F-、等““白光 靈敏度高（波長量級靈敏度高（波長量級易受外界環(huán)境干擾（如易受外界環(huán)境干擾（如溫度變化 型型型測振動（速度型測振動（速度 區(qū)別于經(jīng) ：參考面和測量面均變 36 光路3光路3光路4被信號S(t)調 被信號S(t+τ)調曲線（強度-時間積分＝位 微分＝加速 光纖法珀儀是在光纖中出兩個反射面形成一在兩個端面分別反射形成多光束，也稱為法珀。 腔體為傳感光纖，光在腔體內的傳輸損耗很小本征型（內腔本征型（內腔非本征型（外腔非本征型（外腔

間。然后軸所指示的方向。 條 原理在1975年就提出來，并于1976年首次用于光纖通信領域

SOFO（法語Surveillanced’OuvragesparFibresOptiques的字母意為光纖結構監(jiān)測）光纖監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)儀、數(shù)據(jù)分析軟件和附屬設備（換箱、連接盒、光纜和連接器等）組成。讀數(shù)儀是便攜電腦 數(shù)據(jù)用作進一步分析。SOFO量系基于相干 測原理其傳器長標距（Long-gauge光纖變形傳感器，典型傳感器長度范圍為從250mm到10m。 ＝＝2a L L

L<L1<L2< X<X12<X23<X34<

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場的方向決定，與光線的方向無關。 為導線上繞的光纖圈數(shù) 型

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多普勒于1842較高(藍移(blueshift))移(redshift))速度。波在波λ，波速為c，觀察者移動速度為v：（c）/λ，如果觀察者遠離波源，則（v-c）/λ。

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法 光敏性折射率隨光強的發(fā)生相應變化的特性。在纖芯內形成的空間相窄帶的濾波鏡或反射鏡通信、光纖傳感等領域有著廣闊的應用前景。Ge摻。 的Melt等人實現(xiàn)了光纖Bragg光柵(FBG)的UV激光側面寫入1993年，Hill等人又提出了相位模板側向寫入技術，使光纖光柵真正 有關;穩(wěn)定受限,此法目前基本不與分波陣面法目前使?jié)摿τ薪佑|式和非接 1、0、1級三個方向的衍射光1、- 振幅掩模

對簡單,成柵周

無法制作出一階反射波主要用于位于1550nm附近的光制作長周纖布喇格光柵,對光學系期光纖光統(tǒng)的要求很高。柵。 1550nm附近的光纖布法 硅玻璃光纖光柵塑料光纖光柵 I型：由連續(xù)UV光或者能量較弱的UV光脈沖光敏光纖形II型：一般由高能量的UV光脈沖在高摻雜鍺光纖中寫入，折射率變化較大，約為10-3數(shù)量級。優(yōu)點是只需單個脈沖就IIA型（III型）：性介于I型和II型之間。

波長光譜的檢測,實現(xiàn)被測結構的應變和溫度量值的絕對測量。當光柵周溫度、應變、應力或其它待測物理量發(fā)生變化時,將導致光柵周期或纖芯折的變化,從而產生光柵反射光信號的波長位移,通過監(jiān)測物理量變化前后光柵波長位移的情況,即可獲知待測物理量的變化情況。 ~0.64pm/~6.8pm/~1pm/~10pm/~1.2pm/~13pm/

輸通道所構成的分布式的網(wǎng)絡系統(tǒng)，典型代表為布光纖光柵（FBG）。

統(tǒng)的傳感器相比,光纖光柵傳感器具有自己獨特的優(yōu)點:(1)力、應變及結構損傷等,穩(wěn)定性、重復性好;(2)與光纖之間存在天然的兼容性,光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高;(3)非傳導性,對測介質小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點,適合在惡劣環(huán)境中工作;(4)柔合,實現(xiàn)分布式傳感;(5)量信是波長碼的,所以,光纖柵傳感不受有較強的 能力;(6)高靈敏度、高分辯力。 的光纖光柵傳感器可以檢測的物理量有:溫度、應變、壓力、位移、壓強、扭角、扭矩(扭應力)、加速度、電流、電壓、磁場、頻率、濃 長周期光纖光柵（longperiodfibergrating，LPFG）是在光纖布 FBG傳感器是通過外界參量對Bragg中心波長BraggBragg波長λ處出現(xiàn)峰值。光柵受到外部物理場的作用時,其柵距ΛBragg光柵不同的是,對LPFG而言其生 的心波長取于纖芯包層的折射率差和光柵周期Λ,外界條件包括環(huán)境溫度、對光纖施加的應力、環(huán)境率、光柵彎曲等的改變都會引起纖芯和包層折射率的變化以及光柵周期Λ的可以看到,LPFG心波長僅與纖芯參數(shù)有關,而,與包層折射率有使得LPFG用于多數(shù)傳感器。

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法 ，量方法，它是基于光纖工程中廣泛應用的光時域反(OTDR)進 于一身，光纖上任意一段既是敏感單又是其它敏感單元的信傳輸通纖 光時域反射技術 (Bragg)衍射條件) Scattered ScatteredT,T,T, 發(fā)生彈性碰撞所引起的,散射光的頻率與入射光的頻率相同。喇曼效應的傳感技術。光子和光纖中的光聲子會產生非彈性碰撞,喇曼散射,長大于入射光為 光,小于入射光為反斯托光。 光與反 光的強度比和溫有很大關系。利用 效應,發(fā) ,料特性主要受溫度和應變, Optical Ramanoptical Brillouinoptical Brillouinoptical )

光光強Ias Is之比和溫度T常數(shù),c為真空中的光速,v 平移，k為玻爾茲曼常數(shù),T

由于ROTDR直接測量的是 處于光纖兩端的可調諧激光器分別將一脈沖光一連續(xù)光入傳感光纖,當泵浦光與探測光的頻差與光纖中某區(qū)域的頻移相等時,在該區(qū)域就會產生放大(受激)效應,兩光束相互之間發(fā)生能量轉移。由于頻移與溫度、應變存性關系,因此,對兩激光器的頻率進行連續(xù)調節(jié)的同時,通過檢

增益型;當脈沖光的頻率低脈沖光轉移,這種傳感方式稱為布

OTDR在光通信中主要有以下五個方面的應用:1)光纖斷點、光纖接頭松動等故障的查找;2)測量光纖長度;3)測量光纖總損耗、平均損耗;4)測量連接器、連接點的損耗;5)測量連接器的回波損耗?；贠TDR和其類似原理的光纖傳感器目前主要用于應變和溫度測、建筑物健康監(jiān)測、通信類光纖光纜的質量監(jiān)測和等；將傳感器做成嵌入式系統(tǒng)放入建筑物、橋梁、大