基于光纤位移传感器的工作原理与仿真

    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)

    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)

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