光纤机械量传感器

精品文档---下载后可任意编辑利用光纤传感器测量的机械量一般有位移、振动、速度、加速度、角速度（旋转率）、表面粗糙度等。随着光纤测量技术的不断进展，光纤传感器所测量的机械量的种类将不断增加。光纤机械量传感器可以分为传光型（非功能型）和传感型（功能型）两类，其调制方式可以是光强调制、相位调制、频率调制及偏振调制等。传光型光纤传感器的调制区在光纤外，外界信号通过外加调制装置对进入光纤中的光波实施调制，发射光纤与接收光纤仅起到传输光波的作用；传感型光纤传感器的调制区位于光纤内，外界信号通过直接改变光纤的某种传输特性参量对光波实施调制。11.1 光纤位移传感器位移检测是机械量检测的基础，许多机械量都是转换成位移量来检测的。光纤位移传感器主要采纳光强调制及相位调制技术。一、光强调制型光纤位移传感器光强调制的基本原理是利用外界信号（被测量）的扰动改变光纤中光（宽谱光或特定波长的光）的强度（即调制），再通过测量输出光强的变化（解调）实现对外界信号的测量。常用的光强调制方式主要有以下几种。1．透射式光纤位移传感器在透射式光纤位移传感器中，将两根心径相同的光纤端面靠近装配到一起。光从发射光纤输出，通过两根光纤间的微小空隙，进入接收光纤。假如两根光纤为同轴光纤，则当光通过光纤的连接处时，几乎不损失光能；但假如两根光纤的光轴错开，光通过光纤的连接处时，光能损耗增加。多模光纤在心径内传输的光能密度分布均匀，因此光纤连接处的光通量基本与两根光纤的心径交叠面的面积成正比。上图(a)为一种透射式光纤位移传感器示意图。发射光纤与接收光纤心径相同，而且它们的端面均垂直于纤轴，两端面相距约为 2～3μm。通常发射光纤固定不动，接收光纤的入射端受外界信号控制，相对发射光纤的出射端产生微量移动。假如移动光纤引起两束光的中心轴错位，就会增加光的损耗，光纤移动后得到的光强和两段光纤中心重叠部分的面积[如图(a)中阴影部分所示]成正比。利用心径为 50μm 的多模光纤进行实验，轴偏离位移损耗如图(b)所示。可以看到，当位移量为 1μm 时，得到的光通量的变化接近 2％。为了提高测量灵敏度，在光纤端面上制作透明与不透明等间隔相间排列的栅状条格，如图所示，用这种栅格控制光纤端面上光强的分布。光纤中光通量的变化，由间距为 L 的两个栅格之间错开的位移量来决定。为了消除光源波动的影响，还可以采纳差动接收方式，以提高测量精度。在两根光纤的端面之间...