基于面镜的光纤位移传感器研究

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【摘 要】本文理论地并结合实验分析了光纤传感器的原理。最后将测量数据与理论分析对比，证明了数据高度吻合，有效地证实了光纤位移传感器的灵敏度。

【关键词】光纤位移传感器;强度调制;线性范围

1、引言

光纤传感器是一种基于光纤的设备，可用于检测位移、温度、偏振、压力等。主要原理是通过调制光源，调整光纤参数，或变换不同数量的光纤光栅来检测接收光强的变化。现代光纤传感器可有效抗电磁场干扰，能在高压环境下代替人工完成作业，在业界被广泛地用作定位控制与微距测算。本文首先理论分析了光纤传感器导光原理，通过实验测试并分析收发光功率的数据变化。

2、位移传感器原理

位移传感器中，假设紧邻一根传输光纤的周围分布着一根接收光纤，用参数Wa表示传输光纤的半径，Wb为接收光纤的半径。可建立模型如图1所示。分析中引入一个几何坐标中心参考点Q'，假设测试距离h。Q'函数分别表示如下

两个模型A、B的配置参数分别是接收光纤数量（9、16），传输光纤直径（0.5mm、1mm），接收光纤直径（0.25mm、0.25mm）。当采用高斯方法分析几何光学模型时，可获得位移(2)和输出功率的适配几何函数关系为、。

3、实验方法

图2是一个简易的光纤位移传感器实验流程图。该装置由光源、传输光纤、连接到锁相放大器和数字变压仪的检测器组成。用于传输的光纤长度均为2m。调制光源采用633nm的He-Ne激光器，所调制的光由一个频率为200Hz的外置切割机切割。光源出来的光辐射到接收镜面，反射至光检测器，就可以测量从镜面后向散射回来的光信号强度。

该实验中镜面的位移由微距定位器控制。收发光纤终端横截面与镜面之间的位移单位为50m。检测器检测出的信号将被转换成电压形式由数字电压仪统计。

4、数据测量与分析

采集数据如下表1所示。

如果将数据分别用纵向坐标对数(PN*2)与横向坐标函数(1/2)的线性关系来表示将会发现模型B接收光强度与理论值最为接近，线性度高达95%。本次实验不考虑介材料的杂质和外来光所引发的高斯光束断面影响，故测的斜面斜率与理论斜率存在较小偏差。

5、结论

本文给出了利用强度调制、微距控制和调整配置参数等多种方法对传感器截获的光强度进行测试，证明了该方法的可行性，同时也证实了光纤位移传感器的高度灵敏性。

参考文献

[1] Krohn, D.A, (1992) Fiber optic sensors fundamentals and applictions, Instrument society of America.

[2] Udd, E. Editor. (1995), Fiber Optic Smart Structures, Wiley, New York.

[3]曹永西，庄其仁，张淑贤.新一代光纤接入网.光通信技术，2005,29（7）：59~61