光纤法珀传感器.ppt

关于光纤法珀传感器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。第2页,共23页，2024年2月25日，星期天简介结构尺寸小，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。第3页,共23页，2024年2月25日，星期天基本原理及分类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。第4页,共23页，2024年2月25日，星期天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：第5页,共23页，2024年2月25日，星期天基本原理及分类在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π/2的相移第6页,共23页，2024年2月25日，星期天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第7页,共23页，2024年2月25日，星期天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。第8页,共23页，2024年2月25日，星期天基本原理及分类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。第9页,共23页，2024年2月25日，星期天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)第10页,共23页，2024年2月25日，星期天第11页,共23页，2024年2月25日，星期天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。第12页,共23页，2024年2月25日，星期天解调方法强度解调：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：第13页,共23页，2024年2月25日，星期天解调方法优点：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。第14页,共23页，2024年2月25日，星期天解调方法相位解调：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、波长均有关第15页,共23页，2024年2月25日，星期天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。第16页,共23页，2024年2月25日，星期天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、可调谐滤波器法以及菲索干涉仪法等。第17页,共23页，2024年2月25日，星期天复用技术强度解调型光纤法珀传感器的波分复用第18页,共23页，2024年2月25日，星期天复用技术相位解调型光纤法珀传感器的空分复用第19页,共23页，2024年2月25日，星期天应用封装温度测量应变测量第20页,共23页，2024年2月25日，星期天精品课件！第21页,共23页，2024年2月25日，星期天精品课件！第22页,共23页，2024年2月25日，星期天感谢大家观看第23页,共23页，2024年2月25日，星期天