在横贯流体管道的中间装有一根绷紧的多模光纤， 流体涡流的作用而振动,其振动频率近似与流速
成正比。
例9-11 光纤多普勒流速计
由激光光源(氢-氦激光)发出的光(频率为fi)导入
光导纤维，经过分光镜后，光线通过光纤射向振
动物体，由于振动物体 (被测体)振动，产生散射
(频率为fs)，被测物体的运动速度与多普勒频率
之间的关系为
式中fi为入射光频率，fs为散射光频率；
n为发生散射介质的折射率；
λ为入射光在空气中的波长；
ν为被测物体的运动速度。
作 业
P194习题： 3、4、5、8、9、13 共6题
系列准连续的具有一定宽度的能带 (称为允带)所组成。两个相邻的允带 之间的区域为不能被电子占据的能 量禁区,称为禁带。禁带所覆盖的能 量区间即为禁带宽度 ,用Eg表示。在 • 6回答者： laohuzhou88 室温下,半导体材料锗、硅、砷化镓 的禁带宽度依次? (5)砷化镓GaAs是典型的直接跃迁材 料，当光子能量Ay大于禁带宽度 Eg(t)时，对光的吸收系数可以写成 即吸收系数和禁带宽度Eg(t)有直接 的关系。而根据M.B.盘尼酉的研究，
原来光束以大于临界角θC的角度θ1在纤芯内传输
为全反射；但在微弯处θ2<θ1，一部分光将逸出，
散射入包层中。当受力增加时，光纤微弯的程度
也增大，泄漏到包层的散射光随之增加，纤芯输
出的光强度相应减小。因此，通过检测纤芯或包
层的光功率，就能测得引起微弯的压 力、声压，或检测 由压力引起的位移 等物理量。
例9-8 斜端面光纤液位传感器
光纤
光纤 棱镜
(a)
(b)
图9-20 斜面反射式光纤液位传感器
当传感器接触液面时，将引起反射回另一根
光纤的光强减小。
例9-9 单光纤液位传感器
1
2
图9-21 单光纤液位传感器结构 1 光纤；2 耦合器
当光纤处于空气中时，入射光的大部分能 在端部满足全反射条件而返回光纤。当传 感器接触液体时，由于液体的折射率比空 气大，使一部分光不能满足全反射条件而
一侧向力。周期产生的旋涡将使物体受到
一个周期的压力。若物体具有弹性，便会
产生振动，振动频率近似地与流速成正比。
因此，通过检测物体的振动频率便可测出流体
的流速，由上式可知，流体的流速与涡流频率
Sv f d
呈线性关系。光纤涡街流量计便是根据这个原
理制成的， 当液体或气体流经与其垂直的光纤时,光纤受到
折射入液体中，返回光纤的光强就减小。
利用X形耦合器即可构成具有两个探头的
液位报警传感器。若在不同的高度安装多
个探头，则能连续监视液位的变化。
为了防止当探头离开液体时，由于有液滴附着在
探头上，传感器不能立即响应，可作一些改变。
将光纤端部的尖顶略微磨平，并镀上反射膜。这 另外可在顶部镀的反
样，即使有液体附着在顶部，也不影响输出跳变。 射膜外粘上一突出物
PD
(a)探头结构
图9-19 球面光纤液位传感器
光由光纤的一端导入,在球状对折端部一部分光
透射出去,另一部分光反射回来,由光纤的另一
端导向探测器。反射光强的大小取决于被测介
质的折射率。被测介质的折射率与光纤折射率
越接近,反射光强度
越小。显然,传感器
处于空气中时比处
于液体中时的反射
光强要大。
空气
液体 (b) )检测原理
例9-3 透射型半导体光纤温度传感器 半导体的吸收光谱与材料的Eg有关，而Eg
却随温度的不同而不同。Eg与温度t的关系 可表示为：
t Egt Eg0 t
2
半导体材料的Eg随温度的上升而减小，亦 即其本征吸收波长λg随温度的上升而增大。
这个性质反映在半导体的透光性上则表现为：当
温度升高时，其透射率曲线将向长波方向移动。
若采用发射光谱与半导体的λg（t）相匹配的发光
二极管作为光源，则透射光强度将随
着温度的升高而
减小，即通过检
测透射光的强度
或透射率，即可
检测温度变化。
半导体透射率 相 对 LED发光光谱 透 发 T1<T2<T3 射 光 T1 率 强 T 度 T3
2
波长
图9-12 半导体透射测量原理
Y形光纤束 壳体 光源 P 接收 弹性膜片
例9-5 微弯光纤压力传感器
光纤被夹在一对锯 齿板中间，当光纤 不受力时，光线从 光纤中穿过，没有 能量损失。当锯齿 板受外力作用而产
光纤 S d F
变形器
F
D
微弯光纤压力传感器
生位移时，光纤则发生许多微弯，这时在纤芯中 传输的光在微弯处有部分散射到包层中.
使晶体呈双折射从而使出射光成为椭圆偏振光，
Байду номын сангаас
由检偏器检测出与
入射光偏振方向相
5 6
P
垂直方向上的光强
，即可测出压力的
7
8 9 10
变化。其中1/4波长
(b) 传感器结构 板用于提供一偏置，使系统获得最大灵敏度。
例9-7 球面光纤液位传感器
将光纤用高温火焰烧软后对折，并将端部 烧结成球形。
LED 1 2
利用半导体的吸收特性制作的光纤温度传感器的 单端式探头结构如图。光纤中的入射光线经探头 顶部的反射膜反射后返回，在光路中放入对温度 敏感的半导体薄片对光进行吸收，则出射光强将 随温度的变化而变化。
环氧胶 光纤 半导体
反射膜
例9-4 膜片反射式光纤压力传感器
Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如图。 在Y形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压 变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化， 从而使输出光强受到调制。
9.4 光纤传感器的应用
例9-1 光纤温度开关
1
2
3
4
图9-9 水银柱式光纤温度开关 1 浸液；2 自聚焦透镜；3 光纤；4 水银
例9-2 遮光式光纤温度计
当温度升高时，双金属片的变形量增大，
带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输 出光强发生变化。
1 光源 2 接收
图9-10 热双金属式光纤温度开关 1 遮光板； 2 双金属片
θ n0 θ1 θ3 θ2 n2 n1
例9-6 光弹式光纤压力传感器
线偏振光 圆偏振光 P 椭圆偏振光
光源
1
2
3
4
图9-17 光弹性式光纤压力传感器
1、7 起偏器；2、8 1/4波长板；3、9 光弹性元
件；4、10 检偏器；5 光纤；6 自聚焦透镜
从光源发出的光经起偏器后成为直线偏振光。当
有与入射光偏振方向呈45º 的压力作用于晶体时，
，将附着的液体导引
向突出物的下端。可
保证探头在离开液位时也能快速地响应。
例9-10 光纤涡街流量计
光源 光纤夹 密封胶 液体流管 光纤 张紧重物 频谱 分析记录
探测器
图9-23 光纤涡街流量计
当流体受到一个垂直于流动方向的非
流线体阻碍时，在某些条件下会在流体的 下游两侧产生有规则的旋涡。这种旋涡将 会在该非流线体的两边交替地离开。当每 个旋涡产生并泻下时，会在物体壁上产生