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光纤法珀传感器 报告人 陶思聪电磁场与微波技术2011 6 1 光纤传感技术小论文 Fabry Perotopticalfibersensors 内容安排 简介基本原理及分类解调方法复用技术部分应用 简介 光学法珀干涉仪 FPI 有时也叫做法珀标准器 它是由两个反射系数分别为R1和R2的反射镜组成 两个反射镜之间是长度为L的干涉腔 由于FPI的工作原理是通过两个反射面之间的距离来测量被侧点的变化 所以在传感领域 它可以被做的相当小 和其他种类的光纤传感干涉仪 比如Mach Zehnder干涉仪 Michelson干涉仪 Sagnac干涉仪等不同 FPI不需要光纤耦合器 简介 结构尺寸小 可以通过空分 时分 频分 相关复用等手段大大降低多点监测的成本等原因促使FPI发展迅猛并且应用广泛 基本原理及分类 F P腔示意图 光纤法珀传感器是由光学法珀传感器发展而来的 它是由两块端面镀以高反射膜 间距为d 相互严格平行的光学平行平板组成的光学谐振腔 基本原理及分类 理论计算 假设镜面的反射率和透射率分别为R和T 且有T R 1 对其余的损耗 如反射镜对光的吸收或者散射 均忽略不计 则有反射率RFP和折射率TFP分别为 基本原理及分类 在F P腔中往返一次所产生的相移大小为因为反射镜是电介质 所以会附加 2的相移 基本原理及分类 当反射率均为R时 根据经典的多光束干涉公式 得反射光强透射光强 基本原理及分类 简单讨论 1 由上式可知 透射光干涉光强的最大值为Ir 最小值为可见 反射率R越大 干涉光强变化越显著 即有高的分辨率 基本原理及分类 2 当反射率远小于1时 可以看出 当入射光强一定的时候 传感器的腔长是波长和输出光强的函数 也就意味着 如果腔长发生变化 将会导致输出光强和波长分布的变化 基本原理及分类 分类 本征型光纤法珀传感器 IFPI 非本征型光纤法珀传感器 EFPI 线性复合腔光纤法珀传感器 ILFP 解调方法 外界参量作用于光纤法珀腔时 是通过改变传感器的腔长L影响其输出光信号IR 因此光纤法珀传感器的腔长L是反映被测对象的关键参数 而光纤法珀传感器的信号解调 就是由其输出光信号IR求解出腔长L 解调方式主要分为强度解调和相位解调 解调方法 强度解调 利用波长为单色光源 在镜面反射率R比较小的情况下 可得公式当腔长L的变化范围较小时 上式可简化为近似线性关系 解调方法 优点 简单 直接 成本低廉缺点 抗干扰能力差 测量精度不高 后续误差补偿电路复杂 需要控制腔长制造精度等 解调方法 相位解调 利用的相位关系实现对腔长L的求解 采用宽带光源 传感器的输出变为 最终输出I与腔长 波长均有关 解调方法 由上式和上图可看出 腔长的信息包含传感器输出的整体光谱当中 不同的腔长L对应于不同的光谱分布 不同的光谱分布在相同的区段内相位是完全不同的 即相位与腔长具有严格对应关系 解调方法 因为光谱分布是多个单波长信息的组合 其信息量远大于单波长条件下的光强输出的信息量 因此能够提高解调精度 目前最常用的相位解调方法主要有条纹计数法 离散腔长变换法 可调谐滤波器法以