第四章強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器1

1、第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.1 強(qiáng)度調(diào)制傳感原理第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.1 強(qiáng)度調(diào)制傳感原理第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器在光纖中傳輸?shù)睦硐肫矫娌捎萌缦路匠堂枋鲈诠饫w中傳輸?shù)睦硐肫矫娌捎萌缦路匠堂枋?cosEEkzt 式中，式中， 為光波的常矢量振幅，為光波的常矢量振幅， 為波數(shù)，為波數(shù)， 為波長(zhǎng)為，為波長(zhǎng)為， 為頻率，為頻率， 為初始相位。為初始相位。0E 2k kzt光強(qiáng)光強(qiáng) 、偏振態(tài)（、偏振態(tài)（ 的振動(dòng)方向）、的振動(dòng)方向）、相位相位 、波長(zhǎng)、波長(zhǎng) 、頻率、頻率 。20E0E kzt第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.1 強(qiáng)度調(diào)制傳感原理第四章 強(qiáng)度調(diào)

2、制型光纖傳感器利用對(duì)利用對(duì)外界因素引起外界因素引起光纖中光纖中光強(qiáng)的變化光強(qiáng)的變化來(lái)探來(lái)探測(cè)外界物理量及其變化量的光纖傳感器。測(cè)外界物理量及其變化量的光纖傳感器。信號(hào)信號(hào)入射光入射光Iin光源光源SIDIouttIstIint探測(cè)器探測(cè)器DID強(qiáng)度調(diào)制機(jī)理圖強(qiáng)度調(diào)制機(jī)理圖t出射光出射光Iout傳感頭傳感頭第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.1 強(qiáng)度調(diào)制傳感原理第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器原理簡(jiǎn)單、體積原理簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、小、價(jià)格低廉、帶寬高、頻率響帶寬高、頻率響應(yīng)快應(yīng)快 ;易受光源、光纖、光纖器件（耦合器、連接器易受光源、光纖、光纖器件（耦合器、連接器等）以及光探測(cè)器等引起的光強(qiáng)變化的影響

3、等）以及光探測(cè)器等引起的光強(qiáng)變化的影響第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.1 強(qiáng)度調(diào)制傳感原理第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制光吸收系數(shù)強(qiáng)度光吸收系數(shù)強(qiáng)度 調(diào)制等調(diào)制等內(nèi)調(diào)型內(nèi)調(diào)型外調(diào)型外調(diào)型（傳光型或非功能型）（傳光型或非功能型）（傳感型或功能型）（傳感型或功能型）第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.1 強(qiáng)度調(diào)制傳感原理第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制光吸收系數(shù)強(qiáng)度光吸收系數(shù)強(qiáng)度 調(diào)制等

4、調(diào)制等內(nèi)調(diào)型內(nèi)調(diào)型外調(diào)型外調(diào)型（傳光型或非功能型）（傳光型或非功能型）（傳感型或功能型）（傳感型或功能型）第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制發(fā)射光纖發(fā)射光纖接收光纖接收光纖反射式光纖傳感器的基本結(jié)構(gòu)反射式光纖傳感器的基本結(jié)構(gòu)光源、傳輸光纖（發(fā)射與接收）、反射面以及光電探測(cè)器光源、傳輸光纖（發(fā)射與接收）、反射面以及光電探測(cè)

5、器 發(fā)射光纖將光源發(fā)出的光射向被測(cè)體表面，再?gòu)谋粶y(cè)面反射發(fā)射光纖將光源發(fā)出的光射向被測(cè)體表面，再?gòu)谋粶y(cè)面反射到接收光纖，并由探測(cè)器接受；探測(cè)器接收到的光強(qiáng)大小隨被到接收光纖，并由探測(cè)器接受；探測(cè)器接收到的光強(qiáng)大小隨被測(cè)面與光纖間的距離變化而變化。測(cè)面與光纖間的距離變化而變化。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制ad2rEmitting FiberReceiving Fiber位移方向位移方向發(fā)射光纖像發(fā)射光纖像LDPINxzyo反射面反射面確定傳感器的響應(yīng)（發(fā)射光纖確定傳感器的響應(yīng)（發(fā)射光纖-平面鏡平面鏡-接收光纖的光接收光纖的光路耦合）等效于計(jì)算虛光

6、纖與接收光纖之間的耦合路耦合）等效于計(jì)算虛光纖與接收光纖之間的耦合假設(shè)發(fā)射光纖與接收光纖的間距為假設(shè)發(fā)射光纖與接收光纖的間距為d，且都具有階躍型折射，且都具有階躍型折射率分布，芯徑為率分布，芯徑為2r，光纖數(shù)值孔徑為，光纖數(shù)值孔徑為NA，且，且1tan(sin)TNA第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 當(dāng)間距當(dāng)間距a2dT時(shí)，即時(shí)，即ad/2T時(shí)，時(shí)，沒有反射光進(jìn)入沒有反射光進(jìn)入接受光纖接受光纖，即兩光纖的，即兩光纖的光耦合為零光耦合為零； 當(dāng)間距當(dāng)間距a(a+2r)/2T時(shí)，接收光纖時(shí)，接收光纖與發(fā)射光纖的像的光椎底端相交，此時(shí)光椎的底端面與發(fā)射光

7、纖的像的光椎底端相交，此時(shí)光椎的底端面積為積為 ，因此，在此間隙范圍內(nèi)光耦合系數(shù)為，因此，在此間隙范圍內(nèi)光耦合系數(shù)為 。2(2)sT2(2)rsT 當(dāng)間距當(dāng)間距2dT-2r a 2dT 時(shí)，即時(shí)，即a/2T d (a+2r)/2T時(shí)，耦合到接時(shí)，耦合到接收光纖光通量由發(fā)射光纖的像發(fā)收光纖光通量由發(fā)射光纖的像發(fā)出的光椎底面與接收光纖重疊的出的光椎底面與接收光纖重疊的面積確定。面積確定。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制在線性近似條件下，可得到交疊面積在線性近似條件下，可得到交疊面積1arccos 11sin arccos 1rrr由幾何關(guān)系可得由幾何關(guān)

8、系可得2dTarr其中，其中，F(xiàn) 被稱為被稱為耦合效率耦合效率。22oiPrFPrdT由接收光纖接收的光功率占入射光功率百分比為由接收光纖接收的光功率占入射光功率百分比為可用于反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與分析可用于反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與分析第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器強(qiáng)度調(diào)制特性曲線反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器強(qiáng)度調(diào)制特性曲線第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式光纖傳感器強(qiáng)度調(diào)制特征參數(shù)反射式光纖傳感器強(qiáng)度調(diào)制特征參數(shù)起始距離起始距離d0： 接收光纖開

9、始能接收到由發(fā)射光纖接收光纖開始能接收到由發(fā)射光纖發(fā)出并經(jīng)反射面反射的光時(shí)所對(duì)應(yīng)發(fā)出并經(jīng)反射面反射的光時(shí)所對(duì)應(yīng)的反射面到光纖端面之間的距離，的反射面到光纖端面之間的距離，其中區(qū)間其中區(qū)間 0, d0 稱為稱為死區(qū)死區(qū)。峰值距離峰值距離dp ： 當(dāng)接收光纖接收到的由發(fā)射光纖發(fā)出并經(jīng)反射面反射的光當(dāng)接收光纖接收到的由發(fā)射光纖發(fā)出并經(jīng)反射面反射的光信號(hào)達(dá)到最大值時(shí)，光纖端面與反射面之間的距離稱為峰信號(hào)達(dá)到最大值時(shí)，光纖端面與反射面之間的距離稱為峰值距離值距離dp。前坡，后坡前坡，后坡 ：位于位于d0, dp的特性曲線段稱為的特性曲線段稱為前坡前坡； 位于位于dp, 的特性曲線段稱為的特性曲線段稱為后

10、坡后坡 。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 接收光纖接受的接收光纖接受的強(qiáng)度調(diào)制特性強(qiáng)度調(diào)制特性不但與光不但與光源、光纖到源、光纖到反射面的距離反射面的距離、反射面的特性、反射面的特性（反射率、斜度等）（反射率、斜度等）有關(guān)，而且與有關(guān)，而且與光纖的數(shù)光纖的數(shù)值孔徑（值孔徑（NANA）、纖芯、）、纖芯、光纖的光纖的數(shù)目數(shù)目及端面的及端面的排列方式排列方式以及以及光接收器性能及其與光纖的耦光接收器性能及其與光纖的耦合合等密切相關(guān)。等密切相關(guān)。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)：

11、反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單、體積小、性能可靠、設(shè)計(jì)靈活、原理簡(jiǎn)單、體積小、性能可靠、設(shè)計(jì)靈活、價(jià)格低廉、帶寬高、頻率響應(yīng)快等獨(dú)特優(yōu)價(jià)格低廉、帶寬高、頻率響應(yīng)快等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在要求成本和采樣速率的高精度、非點(diǎn)，在要求成本和采樣速率的高精度、非接觸式測(cè)量領(lǐng)域更具吸引力接觸式測(cè)量領(lǐng)域更具吸引力; ; 應(yīng)用范圍廣，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、應(yīng)用范圍廣，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、角位移、表面粗糙度、溫度壓力、應(yīng)變、角位移、表面粗糙度、溫度等物理量的測(cè)量。等物理量的測(cè)量。在光纖傳感領(lǐng)域中占據(jù)十分重要的位置在光纖傳感領(lǐng)域中占據(jù)十分重要的位置第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制

12、型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的缺點(diǎn)：反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的缺點(diǎn)：靈敏度和線性測(cè)量范圍相互制約嚴(yán)重；靈敏度和線性測(cè)量范圍相互制約嚴(yán)重； 前坡靈敏度好，分辨力高，線性較好，但其線性范圍小，前坡靈敏度好，分辨力高，線性較好，但其線性范圍小，只適用于測(cè)量微小位移變化；只適用于測(cè)量微小位移變化； 后坡曲線的斜率為負(fù)，雖然線性范圍大，但靈敏度低，只后坡曲線的斜率為負(fù)，雖然線性范圍大，但靈敏度低，只能用于低分辨力大量程的位移測(cè)量。能用于低分辨力大量程的位移測(cè)量。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的缺點(diǎn)：反

13、射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的缺點(diǎn)：提高穩(wěn)定性、增強(qiáng)靈敏度、擴(kuò)大線性范提高穩(wěn)定性、增強(qiáng)靈敏度、擴(kuò)大線性范圍等成為反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的圍等成為反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的研究熱點(diǎn)研究熱點(diǎn)抗干擾能力差?？垢蓴_能力差。 因?yàn)橐怨鈴?qiáng)變化來(lái)獲取被傳感參量變化的信息，測(cè)量結(jié)因?yàn)橐怨鈴?qiáng)變化來(lái)獲取被傳感參量變化的信息，測(cè)量結(jié)果極易受光源、光纖等引起的光強(qiáng)波動(dòng)以及探測(cè)器和后果極易受光源、光纖等引起的光強(qiáng)波動(dòng)以及探測(cè)器和后續(xù)電路產(chǎn)生的電子噪聲的影響，存在較大測(cè)量誤差。續(xù)電路產(chǎn)生的電子噪聲的影響，存在較大測(cè)量誤差。 研究表明，環(huán)境光干擾、光源的功率波動(dòng)、光纖的特性研究表明，環(huán)境光干擾、光源的功率波動(dòng)、光纖的特性變化、

14、被測(cè)面的反射率變化等是影響傳感器精度和穩(wěn)定變化、被測(cè)面的反射率變化等是影響傳感器精度和穩(wěn)定性的主要因素。性的主要因素。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制基本思想：基本思想：用兩根用兩根(或兩組或兩組)光纖分別接收測(cè)量光纖分別接收測(cè)量光，利用兩組測(cè)量信號(hào)的相關(guān)性與差異性并光，利用兩組測(cè)量信號(hào)的相關(guān)性與差異性并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，便可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪窟M(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，便可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹５?。第四?強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制TF為發(fā)射光纖，為發(fā)射光纖，RF為接收光纖。為接收光纖。RF1與與TF相同，芯徑為相同

15、，芯徑為r1、包層厚度為、包層厚度為t1； RF2與與TF不同，芯徑為不同，芯徑為r2、包層厚度為、包層厚度為t2；包層之間；包層之間無(wú)間隙。無(wú)間隙。芯徑不等式芯徑不等式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制可抑制光源功率波動(dòng)、反射率變化的影響，改善可抑制光源功率波動(dòng)、反射率變化的影響，改善特性曲線的線性范圍、線性度。特性曲線的線性范圍、線性度。芯徑不等式芯徑不等式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制TF 與與RF1、RF2均相同，芯徑為均相同，芯徑為r1、包層厚度為、包層厚度為t1，包層之間無(wú)間隙；包層之間無(wú)間

16、隙； TF反射端面與反射端面與RF1、RF2的接收端面間錯(cuò)位量分的接收端面間錯(cuò)位量分別為別為b1和和b2。等芯錯(cuò)位式等芯錯(cuò)位式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制可抑制光源功率波動(dòng)、反射率變化的影響，但對(duì)可抑制光源功率波動(dòng)、反射率變化的影響，但對(duì)特性曲線的線性范圍、靈敏度改善不明顯。特性曲線的線性范圍、靈敏度改善不明顯。等芯錯(cuò)位式等芯錯(cuò)位式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制TF 與與RF1、RF2均相同，芯徑為均相同，芯徑為r1、包層厚度為、包層厚度為t1，包層之間無(wú)間隙。，包層之間無(wú)間隙。等芯不等間距等芯不

17、等間距式式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制TF 與與RF1、RF2均相同，芯徑為均相同，芯徑為r1、包層厚度為、包層厚度為t1；TF與與RF1的包層之間無(wú)間隙，而與的包層之間無(wú)間隙，而與RF2的包層的包層之間存在間隙之間存在間隙p0。等芯不等間距等芯不等間距式式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制光強(qiáng)調(diào)制特性本質(zhì)上沒有區(qū)別。光強(qiáng)調(diào)制特性本質(zhì)上沒有區(qū)別。式由于光纖之間緊密排列，因而光軸間距容式由于光纖之間緊密排列，因而光軸間距容易準(zhǔn)確確定，僅由光纖芯徑和包層決定；易準(zhǔn)確確定，僅由光纖芯徑和包層決定；式式由于光

18、纖包層之間存在間隙，因此光纖的間距由于光纖包層之間存在間隙，因此光纖的間距不容易準(zhǔn)確給定，容易引入測(cè)量誤差；不容易準(zhǔn)確給定，容易引入測(cè)量誤差；實(shí)際應(yīng)用中采用實(shí)際應(yīng)用中采用式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)等芯不等間距等芯不等間距式式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制可抑制光源功率波動(dòng)、反射率變化的影響，改善可抑制光源功率波動(dòng)、反射率變化的影響，改善特性曲線的線性范圍、線性度。特性曲線的線性范圍、線性度。等芯不等間距等芯不等間距式式第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 采用適當(dāng)形式的三光纖傳感器不但可以改善傳感器的線性采用適當(dāng)形式的

19、三光纖傳感器不但可以改善傳感器的線性范圍和線性度，而且可有效的消除光功率波動(dòng)和反射面反范圍和線性度，而且可有效的消除光功率波動(dòng)和反射面反射率的變化等因素對(duì)測(cè)量精度的影響；射率的變化等因素對(duì)測(cè)量精度的影響； 采用三光纖結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首選芯徑不等式或等芯不等間距采用三光纖結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首選芯徑不等式或等芯不等間距式。式。反射式強(qiáng)度調(diào)制三光纖傳感器調(diào)制特性比較反射式強(qiáng)度調(diào)制三光纖傳感器調(diào)制特性比較第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了增大發(fā)射亮度和接收光通為了增大發(fā)射亮度和接收光通量量，往往不用單根發(fā)射光纖和接收光纖，而，往往不用單根發(fā)射

20、光纖和接收光纖，而采用多采用多根光纖集合成的發(fā)射光纖束和接收光纖束根光纖集合成的發(fā)射光纖束和接收光纖束，將發(fā)射，將發(fā)射光纖束的發(fā)射端和接收光纖束的接收端光纖束的發(fā)射端和接收光纖束的接收端集合在一起，集合在一起，構(gòu)成構(gòu)成Y型光纖探頭型光纖探頭。這種結(jié)構(gòu)可有效地減少光源波。這種結(jié)構(gòu)可有效地減少光源波動(dòng)的影響，減少不同反射面反射率差異的影響，以動(dòng)的影響，減少不同反射面反射率差異的影響，以及分散結(jié)構(gòu)存在的接收元件、放大電路和光纖微彎及分散結(jié)構(gòu)存在的接收元件、放大電路和光纖微彎損耗不匹配的影響，起到很好的補(bǔ)償作用。損耗不匹配的影響，起到很好的補(bǔ)償作用。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳

21、感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制Y型光纖探頭型光纖探頭第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制各種結(jié)構(gòu)形式光纖傳感器對(duì)照表各種結(jié)構(gòu)形式光纖傳感器對(duì)照表 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制單根雙向單根雙向Y Y型光纖傳感器：發(fā)射與接收光纖由同一根光纖實(shí)型光纖傳感器：發(fā)射與接收光纖由同一根光纖實(shí)現(xiàn)。具有高的位移靈敏度，但測(cè)量范圍很小；現(xiàn)。具有高的位移靈敏度，但測(cè)量范圍很?。徊⑿信帕袉蜗蚍蛛x型光纖傳感器：發(fā)射與接收光纖分開，成并行排列單向分離型光纖

22、傳感器：發(fā)射與接收光纖分開，成左右對(duì)稱排列形式。具有大的測(cè)量范圍和較低的位移靈敏度；左右對(duì)稱排列形式。具有大的測(cè)量范圍和較低的位移靈敏度； 隨機(jī)排列單向分離型光纖傳感器：多根發(fā)射與接收光纖混隨機(jī)排列單向分離型光纖傳感器：多根發(fā)射與接收光纖混合隨機(jī)地分布。具有較高的位移靈敏度和較小的測(cè)量范圍；合隨機(jī)地分布。具有較高的位移靈敏度和較小的測(cè)量范圍；同心圓排列單向分離型光纖傳感器：一根或多根發(fā)射光纖位同心圓排列單向分離型光纖傳感器：一根或多根發(fā)射光纖位于中心，周圍是接收光纖。具有較大的測(cè)量范圍和較高的位于中心，周圍是接收光纖。具有較大的測(cè)量范圍和較高的位移靈敏度，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以減小傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)的影響

23、。移靈敏度，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以減小傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。 針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，選擇和設(shè)計(jì)不同的傳感器結(jié)構(gòu)。針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，選擇和設(shè)計(jì)不同的傳感器結(jié)構(gòu)。在測(cè)量小孔徑、小被測(cè)表面的物體時(shí)選擇在測(cè)量小孔徑、小被測(cè)表面的物體時(shí)選擇(a)(a)結(jié)構(gòu)的傳感器；結(jié)構(gòu)的傳感器；在測(cè)量空間大、被測(cè)表面大物體時(shí)選擇在測(cè)量空間大、被測(cè)表面大物體時(shí)選擇(d)(d)結(jié)構(gòu)的傳感器。結(jié)構(gòu)的傳感器。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖截面的不同排列方式示意圖光纖截面的不同排列方式示意圖增大發(fā)射亮度和接收光通量增大發(fā)射亮度和接收光通量第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型

24、光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制傳統(tǒng)反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的缺點(diǎn)：絕大數(shù)含有傳感信息的調(diào)制光損耗在光纖傳感頭絕大數(shù)含有傳感信息的調(diào)制光損耗在光纖傳感頭和反射面之間，僅有很小一部分調(diào)制光被接受光和反射面之間，僅有很小一部分調(diào)制光被接受光纖接受并傳輸至探測(cè)器；纖接受并傳輸至探測(cè)器；靈敏度較低，存在較大測(cè)量死區(qū)，而且過(guò)小的光靈敏度較低，存在較大測(cè)量死區(qū)，而且過(guò)小的光纖間距也不易調(diào)整，限制了光纖傳感器的應(yīng)用。纖間距也不易調(diào)整，限制了光纖傳感器的應(yīng)用。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制傾斜式光纖強(qiáng)度調(diào)制傳感器原理結(jié)構(gòu)圖傾

25、斜式光纖強(qiáng)度調(diào)制傳感器原理結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：發(fā)射光纖和接收光纖均與反射面的法線成一定角度發(fā)射光纖和接收光纖均與反射面的法線成一定角度第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制特點(diǎn)：特點(diǎn)：隨著光纖傾角的增大，傳感器的靈敏度增大，死區(qū)范隨著光纖傾角的增大，傳感器的靈敏度增大，死區(qū)范圍減小，但線性測(cè)量范圍減小。圍減小，但線性測(cè)量范圍減小。傾斜式光纖強(qiáng)度調(diào)制傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲線傾斜式光纖強(qiáng)度調(diào)制傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲線第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傾斜式改進(jìn)型：光纖傾斜式改進(jìn)型： 發(fā)射和接收光纖的端部各發(fā)射和接收光

26、纖的端部各耦合耦合一個(gè)一個(gè)漸變折射率光纖漸變折射率光纖(GRIN )制成的制成的透鏡透鏡，該透鏡可使光源發(fā)出的光會(huì)聚成一，該透鏡可使光源發(fā)出的光會(huì)聚成一平行光束平行光束并以入射角并以入射角照射到試件上。接收照射到試件上。接收GRIN透鏡放置在鏡面反透鏡放置在鏡面反射的方向上。射的方向上。 若把試件置于某一特定位置若把試件置于某一特定位置DM，接收光纖能接收到所，接收光纖能接收到所有入射光。當(dāng)試件向測(cè)頭移有入射光。當(dāng)試件向測(cè)頭移近或遠(yuǎn)離時(shí)，僅能接收到一近或遠(yuǎn)離時(shí)，僅能接收到一部分光，也就是說(shuō)，接收光部分光，也就是說(shuō)，接收光強(qiáng)的大小取決于距離強(qiáng)的大小取決于距離D，由，由此可求出測(cè)頭到被測(cè)表面的此可

27、求出測(cè)頭到被測(cè)表面的距離距離D。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 針對(duì)不同的測(cè)量要求，可選擇不同的參數(shù)針對(duì)不同的測(cè)量要求，可選擇不同的參數(shù)，對(duì)工作距離沒有限制。這些特點(diǎn)使該類型傳感器在，對(duì)工作距離沒有限制。這些特點(diǎn)使該類型傳感器在在線檢測(cè)和過(guò)程控制方面有著廣泛的應(yīng)用前景。在線檢測(cè)和過(guò)程控制方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 、d由于測(cè)量時(shí)的入射光是平行光束，使得輸出信由于測(cè)量時(shí)的入射光是平行光束，使得輸出信 號(hào)增強(qiáng)；號(hào)增強(qiáng)；在這種結(jié)構(gòu)傳感器中，兩光纖間距在這種結(jié)構(gòu)傳感器中，兩光纖間距d和入射角和入射角 都是可調(diào)節(jié)的。都是可調(diào)節(jié)的。第四章 強(qiáng)度調(diào)制

28、型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 反射面可以是專設(shè)的平面鏡或棱鏡，也可以是反射面可以是專設(shè)的平面鏡或棱鏡，也可以是一般物體的反射面或漫射面。一般物體的反射面或漫射面。正鏡式光強(qiáng)調(diào)制正鏡式光強(qiáng)調(diào)制 反射面與接收光纖的反射面與接收光纖的軸線垂直，外界信號(hào)通過(guò)軸線垂直，外界信號(hào)通過(guò)控制反射面相對(duì)接收光纖控制反射面相對(duì)接收光纖入射端口的軸向線位移對(duì)入射端口的軸向線位移對(duì)進(jìn)入接收光纖的光強(qiáng)進(jìn)行進(jìn)入接收光纖的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制。為了擴(kuò)大其動(dòng)態(tài)范為了擴(kuò)大其動(dòng)態(tài)范圍，可在光纖端部增加一圍，可在光纖端部增加一個(gè)透鏡組個(gè)透鏡組。A. A. 正鏡式光強(qiáng)調(diào)制正鏡式光強(qiáng)調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制

29、型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制B. B. 斜鏡式光強(qiáng)調(diào)制斜鏡式光強(qiáng)調(diào)制(a) (b)(a) (b) 圖圖a的特點(diǎn)是，反射面相對(duì)接收光纖傾斜一角度，外界的特點(diǎn)是，反射面相對(duì)接收光纖傾斜一角度，外界信號(hào)通過(guò)控制反射面相對(duì)接收光纖入射端面的角位移對(duì)信號(hào)通過(guò)控制反射面相對(duì)接收光纖入射端面的角位移對(duì)進(jìn)入接收光纖的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制；進(jìn)入接收光纖的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制； 圖圖b的特點(diǎn)是，接收光纖與發(fā)射光纖相對(duì)夾一定角度，的特點(diǎn)是，接收光纖與發(fā)射光纖相對(duì)夾一定角度，反射面相對(duì)接收光纖的入射端口傾斜，外界信號(hào)通過(guò)控反射面相對(duì)接收光纖的入射端口傾斜，外界信號(hào)通過(guò)控制反射面相對(duì)接收光纖的角位移對(duì)

30、進(jìn)入接收光纖的光強(qiáng)制反射面相對(duì)接收光纖的角位移對(duì)進(jìn)入接收光纖的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。進(jìn)行調(diào)制。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 由于采用光強(qiáng)信號(hào)變化作為信息的載體，反射由于采用光強(qiáng)信號(hào)變化作為信息的載體，反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器不可避免地要受光源功率波式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器不可避免地要受光源功率波動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、光電探測(cè)器的特性漂移以動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、光電探測(cè)器的特性漂移以及環(huán)境雜散光等因素的影響。所以，要想獲得高精及環(huán)境雜散光等因素的影響。所以，要想獲得高精度和高穩(wěn)定性的測(cè)量，必須采取有效措施克服這些度和高穩(wěn)定性的測(cè)量，必須采取有效措施克服這些因

31、素對(duì)測(cè)量的影響。因素對(duì)測(cè)量的影響?；舅枷耄和ㄟ^(guò)參考光路引進(jìn)參考信號(hào)，基本思想：通過(guò)參考光路引進(jìn)參考信號(hào)，以補(bǔ)償非傳感因素引起的光強(qiáng)變化。以補(bǔ)償非傳感因素引起的光強(qiáng)變化。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制1. 1. 單模光纖照射單模光纖照射傳統(tǒng)反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器缺點(diǎn)：傳統(tǒng)反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器缺點(diǎn)：多采用多采用LED作為照明光源和多模光纖作為發(fā)射光纖。作為照明光源和多模光纖作為發(fā)射光纖。多模光纖能傳輸更多的光能量，但多模光纖能傳輸更多的光能量，但LED輸出功輸出功率通常較小率通常較小。光源功率決定光源功率決定傳感器的傳感器的靈敏度靈敏度等特性

32、參數(shù)。因等特性參數(shù)。因此，相對(duì)于此，相對(duì)于LED，功率更高、更為穩(wěn)定的，功率更高、更為穩(wěn)定的相干相干激光激光更更被期望用于反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器被期望用于反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器中中。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制1. 1. 單模光纖照射單模光纖照射 相干激光相干激光+ +多模光纖多模光纖 因?yàn)楣饫w內(nèi)光線的多路徑傳播，極易在光因?yàn)楣饫w內(nèi)光線的多路徑傳播，極易在光纖的出射端面形成散斑場(chǎng)，而光纖的彎曲等極纖的出射端面形成散斑場(chǎng)，而光纖的彎曲等極易改變散斑場(chǎng)的分布，從而引起耦合進(jìn)接收光易改變散斑場(chǎng)的分布，從而引起耦合進(jìn)接收光纖中光功率的波動(dòng)，降低探

33、測(cè)性能纖中光功率的波動(dòng)，降低探測(cè)性能 相干激光相干激光+ +單模光纖單模光纖, ,近年收到廣泛關(guān)注近年收到廣泛關(guān)注散斑場(chǎng)散斑場(chǎng) 降低性能降低性能單模光纖作為發(fā)射光纖，可消除散斑影響單模光纖作為發(fā)射光纖，可消除散斑影響 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制2. 2. 基于塑料光纖的強(qiáng)度調(diào)制傳感器基于塑料光纖的強(qiáng)度調(diào)制傳感器耐用；耐用；芯徑大，數(shù)值孔徑大，可接受更多來(lái)自反芯徑大，數(shù)值孔徑大，可接受更多來(lái)自反射面的調(diào)制光；射面的調(diào)制光；便于光耦合和安裝。便于光耦合和安裝。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制3. 3

34、. 差動(dòng)式強(qiáng)度光纖傳感器差動(dòng)式強(qiáng)度光纖傳感器等芯錯(cuò)位式光纖位移傳感器等芯錯(cuò)位式光纖位移傳感器 從仿真曲線可以看出，接受光纖接收端面相對(duì)于照從仿真曲線可以看出，接受光纖接收端面相對(duì)于照明光纖出射端面明光纖出射端面存在偏移量時(shí)存在偏移量時(shí)，傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲，傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲線相對(duì)于沒有偏移量時(shí)的特性線相對(duì)于沒有偏移量時(shí)的特性曲線曲線在在形狀形狀上上并沒有改變并沒有改變，只是只是產(chǎn)生產(chǎn)生一定的一定的相移相移。 差動(dòng)式光纖位移傳感方法與技術(shù)提供了依據(jù)差動(dòng)式光纖位移傳感方法與技術(shù)提供了依據(jù) 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制3. 3. 差動(dòng)式強(qiáng)度光纖傳

35、感器差動(dòng)式強(qiáng)度光纖傳感器單模光纖照射的差動(dòng)光纖傳感技術(shù)的基本工作原理單模光纖照射的差動(dòng)光纖傳感技術(shù)的基本工作原理（已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利）（已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利） 在接收光路中，設(shè)置差動(dòng)式雙接收光纖，即在接收光路中，設(shè)置差動(dòng)式雙接收光纖，即接收光纖接收光纖的的接收端面不是接收端面不是位于發(fā)射光纖位于發(fā)射光纖發(fā)射端面平面上，而是分別發(fā)射端面平面上，而是分別對(duì)稱地位于發(fā)射端面平面對(duì)稱地位于發(fā)射端面平面之前和之后之前和之后，通過(guò)，通過(guò)對(duì)對(duì)置于接收置于接收光纖后光纖后兩探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)求差值，給出光強(qiáng)調(diào)制誤差兩探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)求差值，給出光強(qiáng)調(diào)制誤差信號(hào)信號(hào)。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光

36、纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制3. 3. 差動(dòng)式強(qiáng)度光纖傳感器差動(dòng)式強(qiáng)度光纖傳感器 可抑制光源功率波動(dòng)、探測(cè)器及電路電子噪聲的影響；可抑制光源功率波動(dòng)、探測(cè)器及電路電子噪聲的影響； 提高傳感器的靈敏度和線性測(cè)量范圍。提高傳感器的靈敏度和線性測(cè)量范圍。差動(dòng)光纖傳感技術(shù)的光強(qiáng)調(diào)制特性曲線差動(dòng)光纖傳感技術(shù)的光強(qiáng)調(diào)制特性曲線第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 位移測(cè)量是反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器最基本位移測(cè)量是反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器最基本也是最為成功的應(yīng)用。也是最為成功的應(yīng)用。 在在1966年，美國(guó)的年，美國(guó)的W.E. Frank首先將它應(yīng)用于首先將它應(yīng)用于

37、位移測(cè)量中。位移測(cè)量中。 在商業(yè)化的光纖位移傳感器制造方面，美國(guó)的在商業(yè)化的光纖位移傳感器制造方面，美國(guó)的MTI公司和公司和Oriel公司的光纖位移傳感器的技術(shù)水公司的光纖位移傳感器的技術(shù)水平較高。平較高。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制反射式光纖傳感器應(yīng)用圖例反射式光纖傳感器應(yīng)用圖例第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制美國(guó)美國(guó)MTIMTI公司的公司的MTI-MTI-21002100光纖測(cè)量系統(tǒng)光纖測(cè)量系統(tǒng)非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量自動(dòng)校正功能自動(dòng)校正功能液晶（液晶（LCD）顯示面板）顯示面板模擬量輸出模擬量

38、輸出峰峰值（峰峰值（PK-PK）功能，高通）功能，高通/低低通濾波功能通濾波功能最小探針外徑最小探針外徑0.17mm，可以訂做，可以訂做彎曲探針彎曲探針高解析（可達(dá)高解析（可達(dá)2.5納米）、高頻率納米）、高頻率（可達(dá)（可達(dá)500KHZ）可同時(shí)接兩組探針，可更換探針，可同時(shí)接兩組探針，可更換探針，無(wú)須再校正無(wú)須再校正MTI公司的公司的MTI-2100光纖測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)品特性：光纖測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)品特性： 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 被測(cè)位移量是根據(jù)接被測(cè)位移量是根據(jù)接收光纖接收被測(cè)物的反射收光纖接收被測(cè)物的反射光通量來(lái)決定的。光通量來(lái)決定的。測(cè)量原理：測(cè)

39、量原理：測(cè)量過(guò)程：測(cè)量過(guò)程： 當(dāng)探針與被測(cè)物接觸或零間隙時(shí)，全部發(fā)光量直接被反射當(dāng)探針與被測(cè)物接觸或零間隙時(shí)，全部發(fā)光量直接被反射至發(fā)射光纖，沒有傳輸給接收光纖，輸出信號(hào)為至發(fā)射光纖，沒有傳輸給接收光纖，輸出信號(hào)為“零零”。 當(dāng)探針與被測(cè)物之間距離增加時(shí)，接收光纖接收的光量也當(dāng)探針與被測(cè)物之間距離增加時(shí)，接收光纖接收的光量也隨之增加，直到接收光纖全部被照明為止，此時(shí)距離也被隨之增加，直到接收光纖全部被照明為止，此時(shí)距離也被稱之為稱之為“光峰值距離光峰值距離”。 到達(dá)光峰值距離后，當(dāng)探針與被測(cè)物之間距離繼續(xù)增加時(shí)，到達(dá)光峰值距離后，當(dāng)探針與被測(cè)物之間距離繼續(xù)增加時(shí)，將造成反射光擴(kuò)散或超過(guò)接收端接

40、收視場(chǎng)，使得輸出信號(hào)將造成反射光擴(kuò)散或超過(guò)接收端接收視場(chǎng)，使得輸出信號(hào)與被測(cè)距離成反比例關(guān)系。與被測(cè)距離成反比例關(guān)系。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制傳感特性曲線傳感特性曲線在曲線敏感、正斜率的部分在曲線敏感、正斜率的部分（范圍一），靈敏度以及分辨力（范圍一），靈敏度以及分辨力都較高，適合微小位移測(cè)量；都較高，適合微小位移測(cè)量；在曲線不敏感、負(fù)斜率的部份在曲線不敏感、負(fù)斜率的部份( (范圍二范圍二) )，靈敏度及分辨力都較，靈敏度及分辨力都較低，適合較大位移測(cè)量。低，適合較大位移測(cè)量。光纖探頭光纖分布光纖探頭光纖分布輸入和接收光纖三種輸入和接收光纖

41、三種不同布局：不同布局：不規(guī)則、不規(guī)則、半圓形及同心圓形狀半圓形及同心圓形狀第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制基于不同探頭的傳感器性能指標(biāo)基于不同探頭的傳感器性能指標(biāo)可作為探針設(shè)計(jì)方案參考可作為探針設(shè)計(jì)方案參考第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制成功應(yīng)用：成功應(yīng)用：l薄膜薄膜/ /壓電材料振動(dòng)測(cè)試壓電材料振動(dòng)測(cè)試l鐵電材料振動(dòng)測(cè)試鐵電材料振動(dòng)測(cè)試l傳動(dòng)元件動(dòng)態(tài)測(cè)試傳動(dòng)元件動(dòng)態(tài)測(cè)試l同軸度測(cè)量同軸度測(cè)量l軸承馬達(dá)回轉(zhuǎn)測(cè)試軸承馬達(dá)回轉(zhuǎn)測(cè)試l結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析l表面輪廓測(cè)量表面輪廓測(cè)量l硬盤硬盤/ /光盤振動(dòng)

42、測(cè)試光盤振動(dòng)測(cè)試l往復(fù)動(dòng)作分析往復(fù)動(dòng)作分析l超聲波換能器振動(dòng)測(cè)試超聲波換能器振動(dòng)測(cè)試l焊線機(jī)磁嘴振動(dòng)測(cè)試焊線機(jī)磁嘴振動(dòng)測(cè)試l邊緣檢測(cè)邊緣檢測(cè)l超聲波換能器振動(dòng)測(cè)試超聲波換能器振動(dòng)測(cè)試l焊線機(jī)磁嘴振動(dòng)測(cè)試焊線機(jī)磁嘴振動(dòng)測(cè)試第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制應(yīng)用方案：應(yīng)用方案：第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用方便缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：光源不夠穩(wěn)定或長(zhǎng)期使用后膜片的反射率有光源不夠穩(wěn)定或長(zhǎng)期使用后膜片的反射率有 所下降，其精度就要受到影響。所下降，其精度就要受到

43、影響。 第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 當(dāng)有力作用時(shí)，彈性元件發(fā)生變形，使得發(fā)送當(dāng)有力作用時(shí)，彈性元件發(fā)生變形，使得發(fā)送和接收光纖的端面與反射鏡面之間的距離發(fā)生變化，和接收光纖的端面與反射鏡面之間的距離發(fā)生變化，進(jìn)而接收光纖接收到的光強(qiáng)也隨之發(fā)生變化。這種進(jìn)而接收光纖接收到的光強(qiáng)也隨之發(fā)生變化。這種光纖觸覺傳感器的分辨率可達(dá)光纖觸覺傳感器的分辨率可達(dá)0.5%，并且抗干擾能，并且抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、穩(wěn)定性好。力強(qiáng)、靈敏度高、穩(wěn)定性好。機(jī)器人觸覺傳感器機(jī)器人觸覺傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制

44、應(yīng)用于傳統(tǒng)的電聲麥克風(fēng)無(wú)法使用的環(huán)境和受到電磁十?dāng)_應(yīng)用于傳統(tǒng)的電聲麥克風(fēng)無(wú)法使用的環(huán)境和受到電磁十?dāng)_的環(huán)境，以及需要防止被竊聽的場(chǎng)合。在機(jī)場(chǎng)、水下、醫(yī)療的環(huán)境，以及需要防止被竊聽的場(chǎng)合。在機(jī)場(chǎng)、水下、醫(yī)療及軍事上都受到了重視和廣泛的應(yīng)用。及軍事上都受到了重視和廣泛的應(yīng)用。光纖麥克風(fēng)光纖麥克風(fēng)第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)： 根據(jù)根據(jù)Lambert-Beer（郎伯（郎伯-比爾比爾 ）定律，單色）定律，單色平行光通過(guò)一含有懸浮物質(zhì)的介質(zhì)后，其強(qiáng)度將平行光通過(guò)一含有懸浮物質(zhì)的介質(zhì)后，其強(qiáng)度將發(fā)生衰減，不同污染度的油液對(duì)光線的衰減作用發(fā)

45、生衰減，不同污染度的油液對(duì)光線的衰減作用不同。不同。0expIILC式中，式中，I為光強(qiáng)，為光強(qiáng)， 為摩爾分子吸收系數(shù)，為摩爾分子吸收系數(shù)，C為油液濃度，為油液濃度，L光和油液的作用長(zhǎng)度。光和油液的作用長(zhǎng)度。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 光源發(fā)生的光，耦合進(jìn)傳光束后，經(jīng)光源發(fā)生的光，耦合進(jìn)傳光束后，經(jīng)Y型耦合器型耦合器3后，分別傳輸至入射光纖后，分別傳輸至入射光纖4和參考光纖和參考光纖5中，

46、入射中，入射光纖光纖4中信號(hào)經(jīng)傳感探頭中信號(hào)經(jīng)傳感探頭6、反射體、反射體7反射后，部分反射后，部分光由接收光纖光由接收光纖8接收，探測(cè)器接收，探測(cè)器9所接收到的光功率信所接收到的光功率信號(hào)的強(qiáng)度與測(cè)量區(qū)中的油液污染度有關(guān)號(hào)的強(qiáng)度與測(cè)量區(qū)中的油液污染度有關(guān);參考光纖參考光纖5中信號(hào)經(jīng)參考光纖傳輸至光電探測(cè)器中信號(hào)經(jīng)參考光纖傳輸至光電探測(cè)器9，該參考光，該參考光路主要用于補(bǔ)償光源波動(dòng)等因素的影響。路主要用于補(bǔ)償光源波動(dòng)等因素的影響。測(cè)量原理：測(cè)量原理：第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制管道安裝型：管道安裝型：光纖傳感器光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感

47、器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制檢測(cè)原理：檢測(cè)原理：第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制浸沒型檢測(cè)原理：浸沒型檢測(cè)原理：第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制液位檢測(cè)控制方案：液位檢測(cè)控制方案：第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制標(biāo)志孔標(biāo)志孔電路板標(biāo)志檢測(cè)電路板標(biāo)志檢測(cè) 當(dāng)光纖發(fā)出當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過(guò)標(biāo)志孔的光穿過(guò)標(biāo)志孔時(shí)，若無(wú)反射，時(shí)，若無(wú)反射，說(shuō)明電路板方向說(shuō)明電路板方向放置正確。放置正確。 光纖光纖 耦合器耦合器傳輸光纖傳輸光纖出射光纖出射光纖第四

48、章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制LEDPINLEDPIN測(cè)頭的直徑為測(cè)頭的直徑為5mm，光纖選用，光纖選用NA= 0.37的多模的多模Y型光纖，光源為型光纖，光源為中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)0.88 m的的LED，光電接收元件為，光電接收元件為PIN光電二極管。測(cè)量光電二極管。測(cè)量分辨力可達(dá)分辨力可達(dá)0.1 m，孔徑定位測(cè)量精度為，孔徑定位測(cè)量精度為1 m，對(duì)孔徑等內(nèi)尺，對(duì)孔徑等內(nèi)尺寸的測(cè)量范圍大于寸的測(cè)量范圍大于6mm。第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器第四章 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器4.2 反射式強(qiáng)度調(diào)制 光纖圖像傳感器是靠光纖傳像束實(shí)現(xiàn)圖像傳輸?shù)?。光纖圖像傳感器是靠光纖傳像束實(shí)現(xiàn)圖像傳輸?shù)摹飨袷晒饫w按陣列排列而成，一根傳像束一般由傳像束由光纖按陣列排列而成，一根傳像束一般由數(shù)萬(wàn)到幾十萬(wàn)條直徑為數(shù)萬(wàn)到幾十萬(wàn)條直徑為l020m的光纖組成，