文档介绍：实验5 5光纤传感器实验
人类进人21世纪，信息传递的方式也在悄然改变。从两根电线传输一路电话到一根光 纤传输几十、几百路电话，从海底电缆到欧亚光缆，光纤传递光信息的优点是显而易见的。 光在光纤中不断地被全反射传输，免受大气的干扰、散射，敏感元件、光导纤维、光检测器和信号处理系 统等部分组成。
光纤传感器的分类方法很多，以光纤在系统中的作用，可分为功能型光纤传感器（传感
型）和非功能型光纤传感器（传光型）。功能型光纤传感器是以光纤本身作为敏感元件， 光纤
本身的某些光学特性（如光的强度、相位、偏振和频率等）被外界物理量所调制来实现测量。 非功能型光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量，光纤仅作为传播光线的介质。
光纤传感器的基本工作原理是将光源的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参
数与进入调制区的光相互作用，使光的光学性质如光的温度、波长（颜色） 、频率、相位或偏
振态发生变化，成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器，经解调而获得被测参数。
.光纤位移传感器的工作原理
位移是既容易测量又易于获得高精度检测的基本物理量之一，压强、振动、加速度等物 理量都可转换成位移进行检测，所以位移传感器是基本传感器，下面介绍一种强度型反射式 光纤微小位移传感器的原理。
图5-5-3是反射式光纤位移传感 器的光路结构示意图。两光纤臂组成 Y型传感探头。其中一臂为发射光纤, 将光传至反射目标，另一臂为接收光 纤，接收由目标反射回的反射光，并 传给接收的光敏元件。光敏元件接收 到的光强取决于反射目标与光纤探头 间的间距d ,反射面的反射率，及光 纤探头的结构。在一定的条件下，光 敏元件接收光强仅与距离 d有关，所 以通过检测反射光强来测定位移。其 基本响应曲线如图 5-5-4所示，曲线 有一峰值，峰值的前沿很陡，近似呈 线性，后沿变化比较缓慢与l/d2近似 成正比。应用几何光学的理论对曲线 很容易理解。
图5-5-3反射式位移光纤传感器原理图
输出电压
位移
图5-5-4位移一输出电压特性曲线
如图5-5-5 （a）所示，设光纤芯径
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实验5 5光纤传感器实验
为r,发射光纤的射出光束在光顶角为 e ( H = 2arcsin NA )的某一光锥内，日大小是由光
纤的数值孔径NA决定的。设输入、输出光纤间距为 a ,则根据镜像法，接收光纤所接收到
的反射光，相当于来自镜后 d处虚发射光纤所发出的光。因而确定调制响应，等效于计算虚 发射光纤与接收光纤之间的耦合。
R<a+r即d <a/(2tanH)时，没有反射光耦合进接收光纤。当
由此可知当
a r ： R ： a 3r 即
a/(2tane)<d <(a+2r)/(2 tan0)范围内，接收光纤与从虚光纤发出的光锥底端相交，耦 合进接收光纤的光通量由虚光纤发出的光锥底面的大小及该光锥底面与接收光纤截面相重叠
部分的面积(图 5-5-5(b)中的阴影部分)所决定。随着 d的增加，光锥底面增大变化率小于 重叠面积增大变化率，说明接收光通量增加，所接收到的反射光强随 d的增大而增强，经信
号处理系统处理后的输出电压也在增大。当两者变化率相等时，接收到的反射光强达到一个 峰值，输出电压达到最大值。当d再增加时，光锥底面增大变化率大于重叠面积增大变化率， 此时