光学测量技术与应用第7章

光通信工程究研中

心学光测量技与术用应

—光纤—感传技术

峰 2王031//163

光通

信工研程中心

究

光纤传感的器优点

• 电缘绝能性好、电抗磁干能力强 扰 频•带，宽进可超高速行量测• 传输 损耗 • 能在小恶环劣境下行非进触接、式非坏性测量 破 便•远距离于测监 体•积，重量轻 小 高灵敏度•线、度性 •好 侵非性入• 便复于、用成，有利于网现与有光信设备组通遥测成和网光纤 传网感络

2

03/1/631

光学测量技术与应

－光用传纤技感

术2

光通信

工程究中研

心光

纤传器的分类感• 功

型能：利光纤用本身有具某的种敏感能而使功光 纤测量起的用，属于作功能，光纤既感型信知息， 又输传息 。 •信 输传：型纤光只起到传光输的用，作必须光纤 在端面装其加敏感它元件才构能成传的感器。

201/3/163

学测光技量与应术－用纤光传技术

感3

光通信工研程究中

心调制光解与调术技

•光 调的制解和调可分：为度、相强位、振偏、率和波长频等 式方。 •光 的制过调就程是一携带信息的信号叠将加载波光波上到；完成 一过程的这件器做调叫制器。• 光纤在感传中，器光的解过程调常是将载通光波带携信 号的转换光成强的度化，变然由光电后探测器行检测。进

2

130//631

光学测量

技与术用－应纤传感技术光

4光通

信工研究中程

心

强调度制光纤传型感术

原理技将被是物测量理变化转的为换光度的强化，通变过测量强光的度变 化实现被对物测理量的测。量

弯微制器原调理图

213/0/63 1光学测量技术应用－光与传感纤术 技

5光通

工程信究中心研

度强调型光制纤感技术

位传移振

反射式

201动36/13/ 光测学量技与术应用光－纤传感技 6术

光

通工程信研中心究

强度调型光纤传制感术

技折射

率强光调制度

20136//31光学测 技量与应用术光－纤传感技术 7

通信光工程研中究

心

相调制型位纤光感传技

术是被测指理量按照物一的规律使光定纤传播的中光相波位生发应相的 化，相变的位化变即量反映测物理被的量化变。

量2

01/3/163

光测量学术与技用－光应传感技纤术

8

光通信

工研程中究心

相调制位型光传纤技感

术实现相调位的物理制应效1 、应应变力应效

光纤受纵向到（轴向）机械应的作用力，将产生三时个要的主物 理效，导应致光中纤相光的位化变 ： 光纤的①度长化—变—应变效应② 光纤 芯的径直变化——泊松效应③ 光纤的折芯射率变——弹化效光

2应03/611/3

光测量技术学与用－应光纤传技感

术

9光通工程信究研中心

位相制调型纤传感技光术

.热2胀冷效应缩

在所有干型涉纤传感器中，光光纤中播传的光相响应φ都是位

与 待测场光中的纤长L度正成比这个。测场待以是可变化温度T的。 于干由型涉纤传光感器的中号信光臂纤可以足长，因此信够光 纤号温对变度化有很的灵高敏度。

0123/613/

光学

量技术测与用－应纤传光感技术

1

0光通

信工程研中究心

相位调

型制光纤传技感术

马赫－曾

德纤干光仪涉

201/63/31

光

测学量技术与用应－纤光传感技术

11

光

信工通程研中究心

相位调制型光纤传

感技

术萨格

克纳涉仪干

8

A 2 0

Ωc为旋率转A为光；围成路的面积；为真空中c速光；0为空中真的光 长。

2波0316//13光 学量技测术应用－与光传感纤技 1术2

光

通信工程究中研心

位相制调型纤光感技术

传

4 n

L

F  R P

R1 R2 2 1 R2 Ros c 1 1RR2 2 R1R 2cs 



oTF P

TT1  2  1R1 R2  21 RR co2 

13s

20

136/13

/光学

量测技与应术－用纤传光感术技

光通信

工程究研中心

相调位制光型纤感技术

传本征构结的光纤F-干P涉

仪

02136//1

3光学量测术技与应用光－纤传技感

术41

光

信工程通研中究

心相位调

制型光纤感技术传非

本结构征光纤的FP干涉仪

-

2013/61/3

光

学量技术测与应－用光传纤技感术

1

光通信工5程研究心中

相

位制型调光传纤感技术

光白纤干光仪原理图涉

20

31/6/13

学测量技光术与用应光－传感纤技术

16

光通工信程究研心

中偏振

制型光调纤传感术

技是指被测理物量过通一定方式的光使中纤光波偏振的发生面规性律转偏（旋光） ，而从导致光偏振特性的变，化过通检光偏测态的振变即可 化出被测物理测的变量化

。

光纤感器传中偏振的调器制常用电光、磁利光弹、光物理效等应在。 解过程中应调检用偏。器

2013//63

1

光学量测技与应术－用光纤感传术

1技7

光通工程信究研心

中偏调振型制纤光感技术

1. 普传耳（克oPkelsc效）应

图所如，示压当电 晶受体照射并光 在其正方交向加以高 电上压，体将呈现晶双折射现象 — — 克普耳效 应在。晶中体，两正 交的振光偏相的 变化：

位

21306//13

光学测量术技应与用光－纤感技传

1术

8通信工光研程究中心

振偏制型调光纤传感技术

2法.拉磁第光效应纤光

平

偏面光振通 过带磁的性物体时 ，偏振其光面发生 偏转，这现种象称 为法第磁光 拉效应，光量矢 转角旋

：

20136//3

1光学

量技术与应测－用光纤传技术感

1

9

光通工程信研中究心

偏

振调制型光纤感传术

技3 弹光效.应

在垂直

光波传播于方向 施应加，材料力将生 产折双射现象其强，弱正 比应于力这。种现称 为弹象效应光偏。光振 的相位变化

：013/6/231

学光测量技与术用应－光纤感技传术

20

通光信工研程中究心

偏

振

调制型纤传感技光术

201

/3/61

3

学光测技量与术用－应纤光传技感

术2

1通信工光程研究心中

频

率制调型光传纤技术

感01236//31

光

学量测术与应技用－纤传感光术技

2

2

光信通程工研究心

中波长

制型调光传感技纤

是指术被将测理量的物化变换转为波长移光的动术技

。013/26/3

光学1测技量与应术用－光纤传技感术

2

3

光通工信研究中心程

光

纤光

指折射率呈栅周性期分的光布纤 • 。光光栅是利用纤掺杂光纤光敏性的作而制的。光纤成光敏的性是 激指光过通杂掺纤时 光,光纤折的率射随光强的将间分空布发生应相变化 的性,它是光纤光特周期性折栅射率变化的根本原。 因 •世上界第一光只纤栅光( FBG)是拿大通信研究加中的 心ilHl 人等 1于79年8实的现

02316/13

/光学

测量技与应用术－光传纤技感

术2

4

光通工程信究研中

光纤光心栅制作方法

• •

•• •

驻波写入法全息干 涉 相位法掩法模振幅掩 法 模点写入逐法

V光 PUhse Maaks

光纤

0123/613

/

光学量测技术应与－光用纤感传术技

2

5

通光工信研程中究

折射心率布和分谱特光性

•匀周期性均纤光栅

光023/6/131

光学

测量术与技用应－光传纤技感术

2

6

通信光程研工中究

心

折率射布和分谱特性光•线

形啁光栅

啾0123/61/3

光学测量技

与术应－光纤传感技术

2用

7

光

通信工研究中心

程

工原作

理 B ne2f d fB

 B为布拉波长

格enf 为有效折射率

fdB 光栅为期

2013/周613/光学 测技术与量用－应光传纤技感 2术

8

光

信工程研通究中心

作原工理

环当温度一境时定，应力应为响

：

1 B  07. 810  6 B

q当力应定一时温，度应为：

响

1 B6   606.78 0 1/  CBT

对 石于英光制纤的成光光纤栅在1，300nm长波，单处微应变 位引的布喇起格长移波约动为p1m/，单温位变化度引的布喇 格起波长动量约为移01mp/C。

2031/6/13 光学测量技与术应用－纤传光感技 术29

光

通信工程研中心

究作原理工

用利沿边波滤器探布喇格波长测理图原

01236//13

光

学测量技与应用术－光传感纤术

技03

光通信

程工究研心中

作原理工

利

用BFG量布测格喇长波动移的原理量图

2

013//163

光

测量技学与应术－光用传感技纤术

1

3

光

通工信程究研中心

工作原

理

可谐光调纤F-滤P波测量器BGF波长动移量原的理

2

130//163

光测学技量术应用－光与纤感传术技

32

光通信程工研究中

准心分式光布传感纤术技

2103//16

3学测光技量术应用与－光传纤技术

3感3

光信通程工研中究

全分布式光纤传感技术心

于基瑞利射散布里、渊散射和拉曼射散

。20

31/6/1

光学3量技测与术应－光用传感纤术技

34

光通

信

工程研究中心

光纤中三种散射的E”

’E

h

Ph

A

h

PE

1E 0

h hPP

hS

瑞利散

射

斯

托斯克射散

反斯

克斯托射

散利散射 瑞反托斯克

斯托克斯斯

布

渊散射 拉曼里散射

20

1/36/3

1光学测

量技术应与－用纤传光感技术

35

通光信程研工究心中

O

TD(R时光域反射仪原)图理

激光器

合耦

器

冲脉发器生光电 测探器 序时制 放控

大号处理信显 示

20

3/61/1

3光学测量

技术与用应光纤传感－术技

63

光通信

工程究研中心

OT

D显示R

连接器

端点

熔

点

接缝

裂机连接械

弯

曲

2

01/631/

光学测3量术与技应－光纤传感技用术

37

光信通工研程中究心

OTDR参

数

• 动态

范：指可围测到检的最与大小最背向光之差 动态范围。越大O，DTR测量可距离越的。 •长盲区 ：盲区是受菲指尔反涅的影射响在，一的定距离范 内O围DR曲线无T反法光纤线路映状态的部分。

.51B

A

dA：事盲区件 B：减衰盲区

B0.5 dB

210/6/33

1

学光测量技术与应用光纤传感技术

－3

8

通光工程研究信中心

OTDR参

数能性

•空间 辨率分 指：器仪所分能辨的两相邻事个件点 间最短的离，距指标此似类事件于区盲与，脉、 宽射折率数有关 。参 • 精度精度是测：量与值参考的接近程度值。

前目般一OT的DR动态的范围达到46dB可，减盲 区衰6m左在右间之事件盲区，在m左3之右。距离 间度为精1m±±3测量距×离1×-50

203/61/31

光学测量技术与应用－光纤传

技感

术39

通光工信研究程中

心

CTOR(D干相ODR )T原理

连图续 激光器 耦光合 参器光

考探

测 光冲发生器脉 光移频 声合耦 器射光

散显示

信号处

理大

相放干收接

2013

6/13/

学测量技光术与用应－纤传光感术技

4

0光通

工程研究中心

信

CTDRO能

•性 目前的产品测量距可离以到几百达里甚公至上万公里 ，区从盲05m1到00m以上0，计不入射折率误差 精度为，0.7m±2±测量×距离10-5×

2

1036//13

学测光量技与术用应光－纤感技传

术41

光通信

程工究中研

P心TOD(偏RO振TD )原理R

激光图

器

偏起器

环形器

脉冲

生器

斯发托斯克分析仪

示显

信号处理

20

3/16/13

光

学测量技术与应用－光纤传技感

4术2

光通信

程研工中心

究PO

TR(偏DO振TRD) 理图原

激

器光

起器偏

环器形

脉发生冲

检器器

偏显示

号信理处

20

316/1/

3学光量技测与应用术光－传纤感技

术4

3

通信光工程研究心中

OBTDA(里布渊光域时析分 仪)原图

脉冲光理 连续

光

泵激光浦器

环

形

探器激测光器

示显

信

号处理

21036/13/

光学测量

技术与应－光用传感纤术技

44

通光工程研信中心

究

OTBD(布里R光时渊域射反仪 原理图)连续

光激 器光耦 合 参考器 光显 频谱分示析仪探测 脉光冲发生器 耦合器 布渊里

背

散 光 射相接干

2收103//631

光

学测技量与术用应－纤光传感技

术

5

4

光通信工程研

究中心

R

OTD(拉曼光时域反R仪 射原)图理

环形

器激光器

冲脉制调反 托斯斯光克

滤

波

滤波 斯托克斯光

光电转换

光转电

换输

出显示

信号处理

2

031//13

6光学

测技术与量应用－纤传感技光

4术6

光通信工程

研中究心

几光种纤传感器的比较

传感

器 型类OT DRCO DR TOTPRD BTOD AOTDB RRODT RBG

F传距感 离 长长 长 长 长 短长

量测时间 短中 中中 中 短中

应力测精 ----度-----高高 --高-

测

温 精度- -------高 - 高 高

高

空间分 辨 高率低 低 高 高 …高

测可断点 是 是 否 是是 是 …

分布式 测量

是 是是 是 是 是

否

商用 化品 多 产 少 少 少 多 多

无

21306/1/3

光学

测量技与应用－光术传感技术纤

74