光纖法珀傳感器

關(guān)于光纖法珀傳感器第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日簡介

光學(xué)法珀干涉儀(FPI)，有時(shí)也叫做法珀標(biāo)準(zhǔn)器。它是由兩個(gè)反射系數(shù)分別為R1和R2的反射鏡組成。兩個(gè)反射鏡之間是長度為L的干涉腔。由于FPI的工作原理是通過兩個(gè)反射面之間的距離來測量被側(cè)點(diǎn)的變化，所以在傳感領(lǐng)域，它可以被做的相當(dāng)小。和其他種類的光纖傳感干涉儀，比如Mach-Zehnder干涉儀、Michelson干涉儀、Sagnac干涉儀等不同，F(xiàn)PI不需要光纖耦合器。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日簡介結(jié)構(gòu)尺寸小，可以通過空分、時(shí)分、頻分、相關(guān)復(fù)用等手段大大降低多點(diǎn)監(jiān)測的成本等原因促使FPI發(fā)展迅猛并且應(yīng)用廣泛。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類F-P腔示意圖光纖法珀傳感器是由光學(xué)法珀傳感器發(fā)展而來的，它是由兩塊端面鍍以高反射膜、間距為d、相互嚴(yán)格平行的光學(xué)平行平板組成的光學(xué)諧振腔。第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類理論計(jì)算：假設(shè)鏡面的反射率和透射率分別為R和T，且有T+R=1。對其余的損耗，如反射鏡對光的吸收或者散射，均忽略不計(jì)，則有反射率RFP和折射率TFP分別為：第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類在F-P腔中往返一次所產(chǎn)生的相移大小為因?yàn)榉瓷溏R是電介質(zhì)，所以會(huì)附加π/2的相移第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類當(dāng)反射率均為R時(shí)，根據(jù)經(jīng)典的多光束干涉公式，得反射光強(qiáng)透射光強(qiáng)第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類簡單討論：1.由上式可知，透射光干涉光強(qiáng)的最大值為Ir，最小值為可見，反射率R越大，干涉光強(qiáng)變化越顯著，即有高的分辨率。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類2.當(dāng)反射率遠(yuǎn)小于1時(shí)，可以看出，當(dāng)入射光強(qiáng)一定的時(shí)候，傳感器的腔長是波長和輸出光強(qiáng)的函數(shù)。也就意味著，如果腔長發(fā)生變化，將會(huì)導(dǎo)致輸出光強(qiáng)和波長分布的變化。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本原理及分類分類：本征型光纖法珀傳感器(IFPI)非本征型光纖法珀傳感器(EFPI)線性復(fù)合腔光纖法珀傳感器(ILFP)第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)方法外界參量作用于光纖法珀腔時(shí)，是通過改變傳感器的腔長L影響其輸出光信號IR。因此光纖法珀傳感器的腔長L是反映被測對象的關(guān)鍵參數(shù)，而光纖法珀傳感器的信號解調(diào)，就是由其輸出光信號IR求解出腔長L。解調(diào)方式主要分為強(qiáng)度解調(diào)和相位解調(diào)。第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)方法強(qiáng)度解調(diào)：利用波長為單色光源，在鏡面反射率R比較小的情況下，可得公式當(dāng)腔長L的變化范圍較小時(shí)，上式可簡化為近似線性關(guān)系：第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)方法優(yōu)點(diǎn)：簡單、直接、成本低廉缺點(diǎn)：抗干擾能力差，測量精度不高，后續(xù)誤差補(bǔ)償電路復(fù)雜，需要控制腔長制造精度等。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)方法相位解調(diào)：利用的相位關(guān)系實(shí)現(xiàn)對腔長L的求解。采用寬帶光源，傳感器的輸出變?yōu)椋鹤罱K輸出I與腔長、波長均有關(guān)第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)方法由上式和上圖可看出，腔長的信息包含傳感器輸出的整體光譜當(dāng)中，不同的腔長L對應(yīng)于不同的光譜分布，不同的光譜分布在相同的區(qū)段內(nèi)相位是完全不同的，即相位與腔長具有嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日解調(diào)方法因?yàn)楣庾V分布是多個(gè)單波長信息的組合，其信息量遠(yuǎn)大于單波長條件下的光強(qiáng)輸出的信息量，因此能夠提高解調(diào)精度。目前最常用的相位解調(diào)方法主要有條紋計(jì)數(shù)法、離散腔長變換法、可調(diào)諧濾波器法以及菲索干涉儀法等。第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日復(fù)用技術(shù)強(qiáng)度解調(diào)型光纖法珀傳感器的波分復(fù)用第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日復(fù)用技術(shù)相位解調(diào)型光纖法珀傳感器的空分復(fù)用第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日應(yīng)用封裝溫度測量應(yīng)變測量第二十頁，共二十三頁，2022年，