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1、光纤位移传感器的工作原理与仿真luonan导语：光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路有可挠曲性、构造简单、体积小和重量轻等。一、引言光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路有可挠曲性、构造简单、体积小和重量轻等。所以，光纤传感器已经成为机载光学传感器的必然开展趋势。加拿大Roctest公司消费了一种贸易用处的光纤位移传感器Fiber-OpticLinearPositionDisplacementSensor,FOLPDS，这种传感器使用了Fizeau干预仪解调
2、专利技术USpatent#5202939/#5392117，具有构造简单、精度高和响应快的优点，目前已经在土木工程领域得到了成功的应用。本文将具体介绍该种传感器的原理和用处。二、组成构造和工作原理1、传感器构造传感器的简单构造如图1所示，其连杆可以程度方向挪动，在连杆上固定了薄膜Fizeau干预仪TFFI，它的具体构造如图2所示。2、工作原理1光信号调制实际使用时将传感器与读数器Demodulator连接，读数器中白光二极管光源发出的光从连接读数器的光纤的一端入射，传输到连接Fabry-Perot传感器，再由多模光纤射出，照射在TFFI干预仪光楔的外表。当TFFI程度挪动时，照点的位置也会不同
3、。光楔上下两个外表都镀有半反射膜，因此构成了Fabry-Perot腔体。当读数器发射的白光的一局部被第一个半反射镜反射后，其余的白光穿过Fabry-Perot腔体，且再一次被第二个半反射镜反射回来，两束反射光互相干预，使得原来入射白光的光谱被调制。假设光楔的材料是玻璃，取其折射率n=1.6，入射白光二极管波长范围根据文献1取为600nm1750nm。根据图2，光楔上下外表反射光的光程差为2nh，假设光源光谱所有频率光波的振幅皆为a，两束光在相遇点发生干预时的相位差为d，光楔面的反射率为R，透射率为1-R，那么合成振幅y为：y=a+aRe-i1据欧拉公式e-icosisin，可得：y(t)=a(
4、1+RcosiRsin)2光强与光波振幅的平方成正比，设光波相遇点的光强度为I，那么：Iy(t)y(t)*a2(1+R2+2Rcos)3对于TFFI的某个位置，光楔面的高度为h，不同波长l的光对应的干预相位差为：2nh/l2p4pnh/l4光强I的极值为：Ia21+R2+2R5在TFFI干预仪中，为了形成光的反射面，需要在光楔的上下外表各镀上一层膜，而镀膜具有一定的厚度，所以镀膜上下外表的反射光将形成干预，会影响测量结果。因此，镀膜的厚度应控制在光源中心波长的1/4，例如光源波长为600nm1000nm，那么镀膜厚度为800nm假设镀膜材料的折射率为1，这样镀膜上下外表大局部的反射光相位差为1
5、80，强度被衰减。在图2所示的坐标系中，设入射点距坐标原点的间隔为x，光楔的倾斜角度为a，此时对应的光楔面高度为h：h7xtgamm6tga18/250007.210-4这里取x12.5mm=12500mm来计算传感器调制光的强度分布，将x的值代入6式可得h16mm，代入4式得到d，再把d代入3式即可得到光强I。取光源波长范围0.6mm1.75mm，光楔镀膜反射率R0.5，那么可以得到如图3所示的光强分布图。可见，在光源光谱范围内局部波优点产生了有限个干预极大值。显然，在传感器所在的不同位置，TFFI对光源的调制情况是不同的，即干预极大值对应的波长值会发生变化。在波长l较小处，干预极大值的波峰也较密。0