内折射成角，然后以角入射到纤芯与包层界面上。若大于，则入射的光线就能在界面上产生全反射，并在光纤内以同样的角度反复逐次全反射向前传播，直至从光纤的另端射出，出射角也为。若将光纤弯曲，只要保证光射至界面的入射角大于，光线仍能在光纤内逐次全反射传播，但若光纤弯曲过大，以致光射至界面的入射角小于，大部分光将透过包层损失掉。入射角的限制若过大，光线界面处不能满足临界要求，这部分光线将穿透包层而逸出称为漏光即使有少量光经过菲涅耳反射返回纤维内部，但经过多次这样的反射后，能量已基本上损耗掉，以致几乎没有光通过光纤继续传播出去，因此只有符合定入射角由斯乃尔法则求得的光线才能在光纤内部产生全么射传播出去。当入射光线在界面上发生全反射时应满足,临界入射角所以当有入射角小于的光线才能在光纤内部产生全反射传播。数值孔径仿照研究透镜那样，引入数值孔径为光纤周围媒质的折射率，空气数值孔径是光纤的个基本参数。它决定了能被传播的光束的孔半径角的最大值，反映了光纤的集光能力。纤芯与包层的折射率差越大，就越大，光纤的集光能力越强。光纤的集光能力与关系集光率故光时，集光能力达到最大传光损耗光在传播过程中存在各种损耗，光纤传光存在费涅耳反射损耗，光吸收损耗，全反射损耗及弯曲损耗等。费涅耳反射损耗当束光射入光纤的端面时，由于纤芯的折射率与光纤所处周围媒质的折射率不同，因此在端面上将产生反射光束和折射光束。设入射光强为，反射光束的光强为定义为费涅耳反射损耗率光强的透射系数则光吸收损耗光通过任何媒质，都或多或少要被媒质所吸收，特别是光纤很长时，不能忽略光吸收的影响，透过媒质的光强与入射光强之间的关系为光纤纤芯的吸收系数光透过媒质层的距离光强透射系数光纤总长度光线在光纤端面上的折射角全反射损耗由于纤芯和包层之间的界面不平滑引起散射，以及包层媒质的光吸收作用，使全反射率不可能达么百分之百。总反射次数即光纤每单位长度的反射次数乘以光纤长度光强的透射系数每次全么射的损耗率三种损耗综合考虑。得总的透射率光纤传感器的分类按光纤在传感器中的作用，通常可将光纤传感器分为两种类型功能型主要使用单模光纤。光纤不仅起传光的作用，又是敏感元件。它是利用光纤本身的传输特性受被测物理量作用而发生变化，使光纤中波导光的属性光强，相位，偏振态，波长等被调制这特点。因此这类光纤传感器又分为光强调制型相位调制型偏振态调制型和波长调制型等数种。功能型光纤传感器典型的例子有利用光纤在高电场下的泡克耳效应的光纤电压传感器。利用法拉第效应的光纤电流传感器。利用光纤微弯效应的光纤位移压力传感器。功能型光纤传感器的光纤本身是敏感元件，光纤长度越长，灵敏度越高。非功能型光纤传感器光纤不是敏感元件，它是利用光纤的端面或在两根光纤中间放置光学材料，机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。这种情况光纤只是作为光的传输回路，所以这种传感器也称之为传输回路型光纤传感器。非功能型光纤传感器使用的光纤主要是数值孔径和芯径大的阶跃型多模光纤。非功能型光纤传感器的特点是结构简单，可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低。三功能型光纤传感器相位调制型光纤传感器相位调制的原理当束波长为的相干光在光纤中传播时，光波的相位角与光纤的长度，纤芯度环境中,测得热电势为,则实际测得温度为多少温度电势射率和纤芯直径有关。若光纤受些物理量的作用如温度，压力，加速度，电流等，将会使这三个参数发生不用程度的变化，从而引起相位变化。般来说，光纤长度和折射率的变化引起光相位变化要比光纤直径引起的变化大得多，因此可忽略光纤直径引起的相位变化。由普通物理学知道，在段长为的单模光纤中，波长为的输出光相对输入端来说，其相位角为当光纤受到外置物理量的作用，则光波的相位量变化为光纤长度光纤纤芯折射率光纤长度变化量光纤纤芯折射率变化量光纤轴向应变由于光的频率很高，般光电探测器不能响应这样高的频率，为了能检测光波的相位变化，必须应用光学干涉测量技术将相位调制转换成振幅强度调制。光电式传感器光电效应光是由连串具有定能量的光子构成的，些金属或半导体材料在光的照射下，其表面层便受到连串光子的轰击，使这些物质电子的动能增大。光电效应就是这质吸收了光子能量以后产生的电效应，根据光电效应的机理不同，光电效应可分为三类外光电效应在光的照射下，使电子从物体表面逸出的现象，称为外光电效应，也叫光电子发射现象。如光电管，光电倍增管等。内光电效应在光的照射下，使物体电阻率改变的现象，称为内光电效应，也叫光电导效应如光敏电阻。阻挡层光电效应在光的照射下，使物体在方向产生电动势的现象，称为阻挡层光电效应，也叫光生伏特效应。如光电池，光敏晶体管。半导体光电元件及其特性光敏电阻原理有些半导体材料如硫化物，硒化物及锑化物等在黑暗环境下电阻很大，但受光照射时，半导体内载流子浓度增加，从而增加了导电性，使电阻值降低，光照停止时，电阻又恢复原来的值。这种在半导体内部进行的光电效应称为内光电效应。暗电阻光敏电阻在不受光照射时的电阻值称为暗电阻，此时构成回路时流过的电流称为暗电流。亮电阻受光照射时的电阻值称为亮电阻。与上对应些时电流称为亮电流。亮电流暗电流光电流基本特性光照特性光电流与照射光强度的关系，也称为光电特性。光敏电阻的光照特性曲线是非线性，所以光敏电阻不适宜作检测元件，般用作开关式光电转换器。伏安特性光敏电阻的光电流与外加电压之间的关系。在给定的电压下，光电流的数值随着照射光的增强而加大，照射光不变时，外加电压越大光电流也越大，灵敏度也随之增大，最高电压受光敏电阻的允许耗散功率限制。光谱特性表示照射光线的波长与光电流的关系。不同材料光敏电阻的光谱特性不同，同材料照射光的波长不同时，其灵敏度亦不同，般在个波长的光照射下，灵敏度为最高。故选择光敏电阻，要与使用的光源相适应。频率特性表示光敏电阻的光电流与光照射的频率的关系光敏电阻受光照射后并不是立即产生光电流，同样光线停止照射后，光电流也不是立即完全消失，存在定的时延。这样两次照射的时间间隔不能太短，否则无法分辨光电流的变化情况温度特性表示光电流随温度变化的关系和其它半导体材料样，温度对其特性影响很大，温度升高时暗电流增大。结构由于光电导效应只限于光线照射的表层，因此光敏电阻的光电转换元件般都做成薄层，光敏电阻的电极常采用梳状图案。光电池光电池是基于光生伏特效应工作的种光电元件，当有光线照射时实质上就是个电源。充电池种类很多有硒光电池，锗硅光电池等。其中硅光电池性能稳定，光谱范围广，频率响应高等特点，应用最广泛。基本原理型硅片上制成个大面积结，结内有个结电场。当光线照射到结上时，若光子能量足够大，在光子的作用下，便在结附近激发产生电子空穴对。在结电场作用下，光载流子便产生与扩散方向相反的漂移运动，光生电子被推向区，而光生空穴被推进区，结果区边积累了大量的过剩空穴而带正电而区边积累了大量的过剩电子而带负电。在,区之间形成电势。基本特性光照特性不同光强度照射下，光电池产生的光电流和光生电动势不同。光谱特性相对灵敏度与光谱波长的关系，在波长时其灵敏度达到最大。不同材料的光电池，光谱特性不同。灵敏度最大对应的波长也不同。频率特性指照射光的交变频率与光电流的关系，光电池作为检测元件或计算，接收元件时，常用交变光来照射，硅光电池的频率响应远高于硒光电池。温度特性指开路电压和短路电流随温度变化的关系。思考题压电传感器的机理是热电偶传感器的机理霍尔传感器的机理以下为热电偶的部分分度表内容,实验中将冷端至于达方式就是直接测定激光脉冲从发射到被反射回来的时间，其原理与超声波传感器基本相同。调制方式将激光的强度调制成正弦波或方波进行发射，接收到从被测物体反射回来的信号进行相位比较，由两路信号的相位差来计算距离。正弦波调制的发射强度可以用下式表示其中为调制度设激光从光源到被测物体往返所需要时间为，则接收光强度为其中为衰减度。对接收信号进行相敏检波，即与调制信号相乘取平均值得到因为都已知，所以可求得，于是光源到被测物体的距离为其中为光速。补充空间滤波器现象在黑暗的房间透过窗子格看路上行人时，行人走路的速度不同，眼睛感觉到的明暗变化的频率也不同,利用这种现象的速度传感器就是空间滤波器。原理图空间滤波器的原理为便于分析，设有点光源在以速度移动。当通过透镜用梳状感光元件对速度进行检测时，因为其输出波形的周期与点光源的像移过梳状感光元件的个节距所需要的时间相同，因此有其中光学系统的倍率点光源的像的移动方向与感光元件的方向夹角。感光元件输出信号方波的频率在已知情况下，可以由求取，确定就可以求取。实际应用中般不是点光源，而是不规则的光源模型，但原理完全样。应用汽车速度检测在路面为深浅不平的路况下，通过检测发动机转速或轮胎转速来计算速度都会有误差,使用空间滤波器可以得到更精确的结果。泥石流河流等流速的测定。温度传感器热电式传感器概述测量机理温度是反映物体冷热程度的参数，而物质的种物理特性如体积电阻电势等与物体的温度有对应关系。通过测量物质的物理特性，就可以测量出物体的温度高低。分类热电阻式传感器温度变化影响电阻的变化。热电偶式传感器温度变化影响电势的变化热电效应。其它体积或压力随温度变化关于绝对热力学温度和摄氏温度的关系温度测量的方式非接触式测量利用热辐射原理通过物质向外发射红外辐射或可见光来测定物体的温度