光纖位移傳感器仿真
一、 組成結(jié)構(gòu)和工作原理
1、傳感器結(jié)構(gòu)
傳感器的簡略結(jié)構(gòu)如圖所示,其連桿可以水平方向移動,在連桿上固定了薄膜Fizeau干涉儀(TFFI),它的詳細構(gòu)造如圖所示。
2、工作原理
(1)光信號調(diào)制
實際使用時將傳感器與讀數(shù)器(Demodulator)連接,讀數(shù)器中白光二極管光源發(fā)出的光從連接讀數(shù)器的光纖的一端入射,傳輸?shù)竭B接Fabry- Perot傳感器,再由多模光纖射出,照射在TFFI干涉儀(光楔)的表面。當(dāng)TFFI水平移動時,照點的位置也會不同。光楔上下兩個表面都鍍有半反射 膜,因而構(gòu)成了Fabry-Perot腔體。當(dāng)讀數(shù)器發(fā)射的白光的一部分被第一個半反射鏡反射后,其余的白光穿過Fabry-Perot腔體,且再一次被 第二個半反射鏡反射回來,兩束反射光相互干涉,使得原來入射白光的光譜被調(diào)制。
假設(shè)光楔的材料是玻璃,取其折射率n=1.6,入射白光二極管波長范圍根據(jù)文獻[1]取為600nm~1750nm。根據(jù)圖2,光楔上下表面反射光的光程差為2nh,假設(shè)光源光譜所有頻率光波的振幅皆為a,兩束光在相遇點發(fā)生干涉時的相位差為d,光楔面的反射率為R,透射率為1-R,則合成振幅y為:y=a+aRe-iδ (1)
據(jù)歐拉公式e-iδ=cosδ-isinδ,可得:y(t)=a(1+ Rcosδ-iRsinδ) (2)
光強與光波振幅的平方成正比,設(shè)光波相遇點的光強度為I,則:
I=y(tǒng)(t)×y(t)*=a2(1+R2+2Rcosδ) (3)
對于TFFI的某個位置,光楔面的高度為h,不同波長l的光對應(yīng)的干涉相位差δ為:
δ=(2nh/l)×2p=4pnh/l (4)
光強I的極值為:
I=a2(1+R2+2R) (5)
在 TFFI干涉儀中,為了形成光的反射面,需要在光楔的上下表面各鍍上一層膜,而鍍膜具有一定的厚度,所以鍍膜上下表面的反射光將形成干涉,會影響測量結(jié)果
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