光纤传感器的结构原理及分类

图1 光纤结构

2、光纤传感器的原理及分类
光纤的传播基于光的全反射。当光线以不同角度入射到光纤端面时，在端面发生折射后进入光纤，如图2所示。

图2 光纤工作原理图

原理分析：
(1) 光线在光纤端面入射角θ减小到某一角度θc时，光线全部反射；
(2) 只要θ＜θc，光在纤芯和包层界面上经若干次全反射向前传播，最后从另一端面射出。
为保证全反射，必须满足全反射条件（即θ＜θc）实现全反射的临界入射角为：

可见，光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质（N1、N2）决定的，与光纤的几何尺寸无关。
按光纤的作用，光纤传感器可分为功能型和传光型两种。
(1) 功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性随被测量发生变化的一种光纤传感器。例如，将光纤置于声场中，则光纤纤芯的折射率在声场作用下发生变化，将这种折射率的变化作为光纤中光的相位变化检测出来，就可以知道声场的强度。
(2) 功能型光纤传感器既起着传输光信号作用，又可作敏感元件，所以又称为传感型光纤传感器。传光型光纤传感器是利用其他敏感元件来感受被测量变化一种光纤传感器，传光型光纤传感器则仅起传输光信号作用，所以也称为非功能型光纤传感器。
3、光纤传感器的特点
光纤传感器具有以下一些特点：
1.不受电磁场的干扰
2.绝缘性能高
3.防爆性能好，耐腐蚀
4.导光性能好
5.光纤细而柔软