光纤法珀传感器

1、关于光纤法珀传感器现在学习的是第一页，共23页 光学法珀干涉仪光学法珀干涉仪(FPI)，有时也叫做法珀标，有时也叫做法珀标准器。它是由两个反射系数分别为准器。它是由两个反射系数分别为R1和和R2的的反射镜组成。两个反射镜之间是长度为反射镜组成。两个反射镜之间是长度为L的干的干涉腔。涉腔。 由于由于FPI的工作原理是通过两个反射面之间的工作原理是通过两个反射面之间的距离来测量被侧点的变化，所以在传感的距离来测量被侧点的变化，所以在传感领域，它可以被做的相当小。和其他种类领域，它可以被做的相当小。和其他种类的光纤传感干涉仪，比如的光纤传感干涉仪，比如Mach-Zehnder干涉干涉仪、仪、Mich

2、elson干涉仪、干涉仪、Sagnac干涉仪等不同，干涉仪等不同，FPI不需要光纤耦合器。不需要光纤耦合器。现在学习的是第二页，共23页 结构尺寸小，可以通过空分、时分、频分、相结构尺寸小，可以通过空分、时分、频分、相关复用等手段大大降低多点监测的成本等原因关复用等手段大大降低多点监测的成本等原因促使促使FPI发展迅猛并且应用广泛。发展迅猛并且应用广泛。现在学习的是第三页，共23页 F-P腔示意图腔示意图光纤法珀传感器是由光学法珀传感器发展而来的，它是由两块端面镀以高反射膜、间距为d、相互严格平行的光学平行平板组成的光学谐振腔。现在学习的是第四页，共23页 理论计算：理论计算：12121212

3、1 212122cos12cos12cosFPFPRRR RRR RR RTTTR RR R假设镜面的反射率和透射率分别为R和T，且有T+R=1。对其余的损耗，如反射镜对光的吸收或者散射，均忽略不计，则有反射率RFP和折射率TFP分别为：现在学习的是第五页，共23页 在F-P腔中往返一次所产生的相移大小为 因为反射镜是电介质，所以会附加/2的相移4 nL现在学习的是第六页，共23页 当反射率均为R时，根据经典的多光束干涉公式，得 反射光强 透射光强242 (1 cos)412 cosRinLRIInLRR22(1)412 cosTiRIInLRR现在学习的是第七页，共23页 简单讨论： 1.由

4、上式可知，透射光干涉光强的最大值为Ir，最小值为 可见，反射率R越大，干涉光强变化越显著，即有高的分辨率。211rRIR现在学习的是第八页，共23页 2.当反射率远小于1时， 可以看出，当入射光强一定的时候，传感器的腔长是波长和输出光强的函数。也就意味着，如果腔长发生变化，将会导致输出光强和波长分布的变化。42 (1 cos)RiLIRI现在学习的是第九页，共23页 分类：分类： 本征型光纤法珀传感器(IFPI) 非本征型光纤法珀传感器(EFPI) 线性复合腔光纤法珀传感器(ILFP)现在学习的是第十页，共23页现在学习的是第十一页，共23页 外界参量作用于光纤法珀腔时，是通过改变传感器的腔长

5、L影响其输出光信号IR。 因此光纤法珀传感器的腔长L是反映被测对象的关键参数，而光纤法珀传感器的信号解调，就是由其输出光信号IR求解出腔长L。 解调方式主要分为强度解调和相位解调。现在学习的是第十二页，共23页 强度解调：强度解调： 利用波长为 单色光源，在镜面反射率R比较小的情况下，可得公式 当腔长L的变化范围较小时，上式可简化为近似线性关系：042 (1 cos)RLIRI0RII L现在学习的是第十三页，共23页 优点：优点： 简单、直接、成本低廉 缺点：缺点： 抗干扰能力差，测量精度不高，后续误差补偿电路复杂，需要控制腔长制造精度等。现在学习的是第十四页，共23页 相位解调：相位解调：

6、 利用 的相位关系实现对腔长L的求解。 采用宽带光源，传感器的输出变为： 最终输出I与腔长、波长均有关4 nL/2/242 1 cos()BBIRLd现在学习的是第十五页，共23页 由上式和上图可看出，腔长的信息包含传感器输出的整体光谱当中，不同的腔长L对应于不同的光谱分布，不同的光谱分布在相同的区段内相位是完全不同的，即相位与腔长具有严格对应关系。现在学习的是第十六页，共23页 因为光谱分布是多个单波长信息的组合，其信息量远大于单波长条件下的光强输出的信息量，因此能够提高解调精度。 目前最常用的相位解调方法主要有条纹计数法、离散腔长变换法、可调谐滤波器法以及菲索干涉仪法等。现在学习的是第十七页，共23页复用技术 强度解调型光纤法珀传感器的波分复用强度解调型光纤法珀传感器的波分复用现在学习的是第十八页，共23页复用技术 相位解调型光纤法珀传感器的空分复用相位解调型光纤法珀传感器的空分复用现在学习的是第十九页，共23页 封装封装 温度测量温度测量