上海交通大学：《检测技术基础 Fundamentals of Test & Measurement Technology》课程教学资源_检测技术B_4.4.1 电量检测技术

4.4电磁量检测技术 电量传感器：直接测量各种电学量（电压、 电流、电功率、电导率、磁导率、电场强度、 磁场强度、电感应强度等) 电量传感器的工作原理较多，主要有光纤式、 电感式、磁敏式等

4.4电磁量检测技术 电量传感器：直接测量各种电学量（电压、 电流、电功率、电导率、磁导率、电场强度、 磁场强度、电感应强度等） 电量传感器的工作原理较多，主要有光纤式、 电感式、磁敏式等

4.4.1电量检测技术

4.4.1 电量检测技术

一、光纤电流传感器 光纤的最初研究是为了通讯，因其具有 许多新特性，因此在其他领域也得到许 多新应用，包括光纤传感器 光纤测量技术 --20世纪70年代中期 -以光波为载体，光纤为媒质来感知和 传输外界被测信号

一、光纤电流传感器 • 光纤的最初研究是为了通讯，因其具有 许多新特性，因此在其他领域也得到许 多新应用，包括光纤传感器 • 光纤测量技术 --- 20世纪70年代中期 --- 以光波为载体，光纤为媒质来感知和 传输外界被测信号

光纤传感器的特点 高灵敏度、抗电磁干扰及抗辐射性能好、 耐腐蚀、可弯曲、体积小、结构简单及与 光纤传输线路相容

高灵敏度、抗电磁干扰及抗辐射性能好、 耐腐蚀、可弯曲、体积小、结构简单及与 光纤传输线路相容 光纤传感器的特点

光纤传感器的应用 ·光纤传感器可用于位移、振动、转动、 压力、弯曲、应变、速度、加速度、电 流、磁场、电压、湿度、温度、声场、 流量、浓度、pH值等的测量

光纤传感器的应用 • 光纤传感器可用于位移、振动、转动、 压力、弯曲、应变、速度、加速度、电 流、磁场、电压、湿度、温度、声场、 流量、浓度、pH值等的测量

1.光纤的基本结构 ·光纤(Optic fiber)-光导纤维 ·光纤是用光透射率高的电介质（如石英、 玻璃、塑料等)构成的光通路 由折射率较大的纤芯（光密介质）、折 射率较小的包层（光疏介质）、涂敷层、 护套构成的多层同心圆柱结构

1. 光纤的基本结构 • 光纤（Optic fiber） --- 光导纤维 • 光纤是用光透射率高的电介质（如石英、 玻璃、塑料等）构成的光通路 • 由折射率较大的纤芯（光密介质）、折 射率较小的包层（光疏介质） 、涂敷层、 护套构成的多层同心圆柱结构

对称柱体光学纤维 -多层介质结构 主体--纤芯与包层 护套+ 涂敷层+ 包层 纤芯 光纤结构示意图

主体 ---- 纤芯与包层 对称柱体光学纤维 --- 多层介质结构 光纤结构示意图

纤芯： 石英玻璃；直径：5~75μm 材料：二氧化硅（主体） 掺杂其他微量元素-提高折射率 包层-直径：100~200μm 材料：二氧化硅（主体），可掺杂 折射率略低于纤芯 涂敷层--材料：硅酮或丙烯酸盐-隔离杂光 护套-材料：尼龙/其他有机材料 提高机械强度，保护光纤 特殊场合：没有涂敷层和护套-裸纤

涂敷层--- 材料：硅酮或丙烯酸盐--- 隔离杂光 •石英玻璃;直径：5~75μm •材料：二氧化硅（主体） 掺杂其他微量元素--- 提高折射率 包层 --- 直径：100~200μm 材料：二氧化硅（主体），可掺杂 折射率略低于纤芯。 护套 --- 材料:尼龙/其他有机材料 --- 提高机械强度，保护光纤 特殊场合：没有涂敷层和护套 --- 裸纤 纤芯：

2.光纤的传光原理 ●基于全反射原理 ●当光纤以较小的入射角6，由光密介质1 射向光疏介质2（折射率n1>n2)时，一 部分光将以折射角0，折射入介质2，其余 部分以，反射回介质1

2. 光纤的传光原理 ●基于全反射原理 ●当光纤以较小的入射角θ1由光密介质1 射向光疏介质2（折射率n1 > n2 ）时，一 部分光将以折射角θ2折射入介质2，其余 部分以θ1反射回介质1

●光的折射和反射定律：n1sin日=n2sin62 当射入角01=c时，光沿界面传播 n1>n2 临界角9c: 2 包层n2 sin 0 c n2/n 纤芯n1 ●全反射原理：当射入角日1>6c时，光不再 进入介质2，而在介质1中全反射

包层n2 纤芯n1 θ2 θC θ1 n1 > n2 ●光的折射和反射定律：n1 sinθ1= n2sin θ2 当射入角θ1 = θC 时，光沿界面传播 ●全反射原理：当射入角θ1 > θC 时，光不再 进入介质2，而在介质1中全反射 临界角θC： sinθC = n2 / n1