对光纤位移传感器耦合效率的修正①VIP免费

对光纤位移传感器耦合效率的修正①√安徽淮北煤炭师范学院，安徽淮北235000要：采用积分的方法，算出j两光纤位移传感器的耦合效率，导出j光纤位移传感器耦舍效率的解析表达式，并与常规理论计算的结栗进行j比较。关键词：篮壁墨2笪至签焦整篮壁量塑盒塾垩．中图法分娄号：三N旦—文／文————一，I一。‘lCorrectiontocouplingefficiencyforopticalfibredisplacementsensorsZHANGKejunZH0UXiaohongTANGXiaoqingDAIJianming(HuailreiCoalTeacher’sCollege，Htmibei23500(I，Anhui，CHNtAbstract：Bymeansofintegration．thecouplingefficiencyofdoubleopticalfibredisplacementsensoriscalculated，andanalyticalexpressionforthecouplingefficiencyofopticaIfibredisplacementsensorisalsodeducedInaddition．theresultsarecomparedwiththoseobtainedbyconventionaltheoreticalcalculation．Keywords：Sensors，OpticalFibres，OpticalFibreDisplacementSensor，CoupLingEf—ficiency1引言在光纤传感器中，位移传感器是最基本的传感器大类之一，围而在过去的时间里，人们对光纤位移传感器进行了相当多的研究l10J。在这类传感器中，表征接收光纤接收到的光能与从发射光纤送出的光能之比即能量耦合效率是一个极为重要的参量，它对传感器其它参量选择具有举足轻重的影响。在以往的①1996—07—01收稿；1996—08—20定稿@四川大学，成者II．610064理论处理中，人们把从发射光纤进出的光当成一个顶点在光纤中心的光锥，经过反射镜反射后，它在接收光纤端面处形成一个照明圆。于是，接收光纤端面被照明的面积与照明圆的面积之比就是敬求的能量耦合效率J显然，这种估计方式只能适用于发射光纤与反射镜之间的距离(L)比光纤端面半径大得多的情况。当发射光纤与反射镜间的距离较小的时候，接收光纤被照明的面积将与发射光纤端面发光面元的位置有关。换句话说，能量耦合效率应该用积分的方法来求得从实践的角度来看．光纤位移传感器工作维普资讯http://www.cqvip.com半导体光电在耦合效率对位移的相对变化较大的区段是有利的。而常规理论计算的结果表明，这一区段恰好分布在疑大耦合效率的附近。同时。常规计算又显示出最大耦合效率对应的L偏偏与光纤的直径可比拟。这意味着常规理论的估计刚好在光纤位移传感器耦合效率在最有价值的区段有较大的误差，因而有重新计算的必要。在本文中，我们依然采用常规理论中用接收光纤被照明的面积与照明圆面积之比来估计能量耦合效率的物理思想，但采用积分的方法进行计算。这样得到的结果在最有实用价值的工作距离区段应该比常规方法的结果更为准确。尤其是在单光纤传感(即发射与接收为同一根-坪)这种无盲区测量的情况下，我们得到了解析解。计抖结果表明：在L远大于光纤尺寸的情况下，积分方法和常规方法是一致的；在L与光纤尺寸可比拟的情况下，用积分方法求得的耦台效率明显低于用常规方法求得的效率。2两光纤位移传感器没发射光纤和接收光纤的半径分别为n和6，它们的端面到反射面的距离均为L，两根光纤中心线之问的距离为d，于是可画出如图1所示接收光纤被照明的情况，采用极座标系，予是发射光纤端面圆(O)上的点用(r，)／／～＼／＼‘．＼一／图1接收光纤被照明的情况Fig1Thesituation0receivingoptiea1fibreilluminated997年2』来描述，接收光纤端面圜(0’)上的苣用(，)来描述。从发射光纤端面-P(rI)点面元发出的光锥在接收光纤端面形成的照明圆(P)——虚线圆的半径为，于是有=2ftg口(1)式中，d为发射光纤的数值孔径角。P与O’，两圆相交的公共部分就是接收光纤端面被照明的面积。从几何图形可求得上述两个圆心之间的距离为P=(d+r一2rdcos)t／2(2)同时，也可求得两圆相交的公共部分面积为s：6arccos[(6+一)／(2dp)]+lZarCCOS[(p一)／(2p)]一[46一(b+一P)]／2(3)在O圆面域上对S作积分后最终可求得耦合效率目。针对』|为不同的区间，我们对发射与接收为不同的两根光纤这种传感器作一个必要的简单说明：(1)当≤[d一(n+b)]时，接收光纤上无照明，换句话说就是为零，可见如果位移传感器的发射与接收是由两根不同的光纤来担负的话，传感器总是存在着测...