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光纤位移传感器仿真

发布时间:2020-07-03 发布时间:
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一、 组成结构和工作原理

1、传感器结构

传感器的简略结构如图所示,其连杆可以水平方向移动,在连杆上固定了薄膜Fizeau干涉仪(TFFI),它的详细构造如图所示。

2、工作原理

(1)光信号调制

实际使用时将传感器与读数器(Demodulator)连接,读数器中白光二极管光源发出的光从连接读数器的光纤的一端入射,传输到连接Fabry- Perot传感器,再由多模光纤射出,照射在TFFI干涉仪(光楔)的表面。当TFFI水平移动时,照点的位置也会不同。光楔上下两个表面都镀有半反射 膜,因而构成了Fabry-Perot腔体。当读数器发射的白光的一部分被第一个半反射镜反射后,其余的白光穿过Fabry-Perot腔体,且再一次被 第二个半反射镜反射回来,两束反射光相互干涉,使得原来入射白光的光谱被调制。

假设光楔的材料是玻璃,取其折射率n=1.6,入射白光二极管波长范围根据文献[1]取为600nm~1750nm。根据图2,光楔上下表面反射光的光程差为2nh,假设光源光谱所有频率光波的振幅皆为a,两束光在相遇点发生干涉时的相位差为d,光楔面的反射率为R,透射率为1-R,则合成振幅y为:y=a+aRe-iδ (1)

据欧拉公式e-iδ=cosδ-isinδ,可得:y(t)=a(1+ Rcosδ-iRsinδ) (2)

光强与光波振幅的平方成正比,设光波相遇点的光强度为I,则:

I=y(t)×y(t)*=a2(1+R2+2Rcosδ) (3)

对于TFFI的某个位置,光楔面的高度为h,不同波长l的光对应的干涉相位差δ为:

δ=(2nh/l)×2p=4pnh/l (4)

光强I的极值为:

I=a2(1+R2+2R) (5)

在 TFFI干涉仪中,为了形成光的反射面,需要在光楔的上下表面各镀上一层膜,而镀膜具有一定的厚度,所以镀膜上下表面的反射光将形成干涉,会影响测量结果



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