光纖位移傳感器的應(yīng)用

　　近年來(lái)由于低損耗光導(dǎo)纖維的問(wèn)世以及檢測(cè)用特殊光纖的開(kāi)發(fā)，在光纖應(yīng)用領(lǐng)域繼光纖通信技術(shù)之后又出現(xiàn)了一門(mén)嶄新的光纖傳感器工程技術(shù)。光纖傳感器有功能型和傳輸型兩大類。反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。
【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】
　?。ǎ保┓瓷涫焦饫w位移傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理。
　?。ǎ玻┓瓷涫焦饫w傳感器的輸出特性曲線。
【儀器】
　?。茫樱保保靶蛡鞲衅飨到y(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀（本實(shí)驗(yàn)所用部件包括：光纖、光電變換器、低頻振蕩器、電壓表、支架、反射板、測(cè)微頭、測(cè)速電機(jī)、電壓／頻率表等）、雙蹤示波器。
【原理】
　　１）光導(dǎo)纖維與光纖傳感器的一般原理
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圖１　光纖的基本結(jié)構(gòu)
　　光導(dǎo)纖維是利用光的完全內(nèi)反射原理傳輸光波的一種介質(zhì)。如圖５６—１所示，它是由高折射率的纖芯和包層所組成。包層的折射率小于纖芯的折射率，直徑大致為０.１ｍｍ～０.２ｍｍ。當(dāng)光線通過(guò)端面透入纖芯，在到達(dá)與包層的交界面時(shí)，由于光線的完全內(nèi)反射，光線反射回纖芯層。這樣經(jīng)過(guò)不斷的反射，光線就能沿著纖芯向前傳播。
　　由于外界因素（如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)等）對(duì)光纖的作用，引起光波特性參量（如振幅、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化。因此人們只要測(cè)出這些參量隨外界因素的變化關(guān)系，就可以通過(guò)光特性參量的變化來(lái)檢測(cè)外界因素的變化，這就是光纖傳感器的基本工作原理。
　?。玻┓瓷涫轿灰苽鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)原理
　　反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。其原理如圖５６—２所示：光纖采用Ｙ型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過(guò)光纖傳輸，射向反射片，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接受到的光源與反射體表面性質(zhì)、反射體到光纖探頭距離有關(guān)。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射片時(shí)，接收器接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。圖５６—３所示就是反射式光纖位移傳感器的輸出特性曲線，利用這條特性曲線可以通過(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。