光纤技术第7章光纤传感技术

1,第七章光纤传感技术,2,第二节光纤法珀传感器,光纤法珀干涉仪（FPI）法珀标准器构成：由两个反射系数分别为R1和R2的表面组成历史：最初平面镜，80年代光纤FP优点：不需耦合器(相对于MZ/Michelson/Sagnac干涉仪，体积小/损耗小)，复用降低成本,3,法珀腔原理,当一束相干光束射入F-P腔中，大部分光能就在F-P腔中来回多次反射、形成光学谐振。在每次反射过程中，都有少量光能分别从前后两块镜面处透射，且每次透射的光束与前一束透射光束的位相差都恒定。,4,透射光强,5,反射光强,6,高精细度FP,反射率接近1,7,低反射率FP,反射率远小于1,精细度F在这种情况下并不适合于来衡量FPI性能,8,更错,7.22式错，7.23式对p.237:“传感器的腔长L是波长和输出光强的函数”，说反了,9,FP分类,本征型(intrinsicFabry-Perotinterferometer，IFPI)非本征型光纤法珀传感器(extrinsicFabry-Perotinterferometer，EFPI)Fizeau型线型复合腔光纤法珀传感器(in-lineFabry-Perot，ILFE),10,IFPI,腔内是光纤。实现方式：高反膜、FBG、单模-多模(或PCF等不同类型)-单模,11,EFPI,空气腔、光纤端面(镀膜或不镀膜均可),12,EFPI的优点,制造工艺较为方便、灵活，能够精确控制腔长可以通过改变D的长度、控制传感器的敏感性L的单参数函数，与n无关温度不敏感,13,腔长、发散角与损耗,图7.14腔长及光纤发散角对F-P腔插入损耗的影响,14,Fizeau光纤法珀传感器,属于EFPI远端光纤端面镀膜，可达mm量级,15,线型复合腔FP,16,光纤法珀传感器的解调方法,强度解调相位解调,17,强度解调,I-L,低R近似：,18,I-L曲线,图7.18单色光条件下光纤F-P的输出特征,传感器输出为极大值,传感器输出为取得极小值零,教材错误,P.241,19,线性段,低反射率情况下，若腔长变化小于半波长，I-L单调变化，,20,强度解调的优缺点,优点：简单、直接，成本低廉缺点：精度有限，受光源、探测器等影响较大绝对强度测量对应的测量范围有限改进的强度解调方法：采用对比度解调,21,相位解调,条纹计数,22,相位解调,条纹计数与条纹移动(相对测量),23,光纤法珀传感器的复用技术,强度解调-波分复用相位解调-波分/频分复用相位解调-空分复用,24,强度解调-波分复用,WDM/滤波器,25,相位解调-波分/频分复用,波分,频分,26,相位解调-空分复用,原理：腔长不同,27,光纤法珀传感器的应用,参数：应力/应变、压力、折射率具体应用：桥梁、隧道、大坝、高层建筑等土建结构的状态监测，汽车、轮船、飞行器等运动机械的安全监测等特殊场合，油气井下压力监测等,28,工程化问题,封装：金属化加强机械强度应变传递的实现方式：表面直接粘贴、表面机械固定、内部埋人埋入工艺：光纤法珀腔将与结构同步变形,29,参数测量,温度敏感度：干涉仪腔长的变化量L与温度之比温度