光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点,如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路有可挠曲性、结构简单、体积小和重量轻等。所以,光纤传感器已经成为机载光学传感器的必然发展趋势。
加拿大Roctest公司生产了一种商业用途的光纤位移传感器(Fiber-OpticLinearPosition&DisplacementSensor,FO-LPDS),这种传感器使用了Fizeau干涉仪解调专利技术(USpatent#5202939/#5392117),具有结构简单、精度高和响应快的优点,目前已经在土木工程领域得到了成功的应用。本文将详细介绍该种传感器的原理和用途。
二、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1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2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)