三光纤补偿式位移传感器的研究李武军，王晓颖（西安工业大学数理系，西安710032）摘要：目的为了研究三光纤补偿式位移传感器的原理和性能；方法分析双光纤位移传感器的测量原理和缺陷，并扌艮据近似的光纤出射端面的光强分布，数值计算了三光纤传感器中接收光纤接收光强与位移的关系和双路补偿后的输出特性；结果结果表明两根接收光纤各自的线性范围较小，补偿后的三光纤位移传感器不仅能改善测量的线性度，而且能在一定程度上放大传感器的线性测量范围。结论三光纤补偿式位移传感器不仅能有效地消除光源输出强度波动、表面反射率不同和光纤传输损耗引起的测量误差，而且能有效的提高传感器的线性测量范围。关键词：光纤：传感器：强度补偿：位移测最：W25文献标识码：AStudyoftheTri-FiberOpticalDisplacementSensorwithIntensityCompensationLIWu-jun,WANGXiao-ying（DepartmentofMathsPhysics,Xi'anTechnologicalUniversity,Xi'an710032,China）Abstract:AimThispaperdiscussesthetheoiyandperlorinanceofthetri-fiberopticaldisplacementsensor;MethodTliemetricallheoryandlimilalionofthedoubleopticalsensorareanalyzed,andtherelationofintensitywithdisplacementandoutputcharacterofthetri-fibercompensationsensorarenumericallysimulatedbaseontheopticalfielddistributionofoutputendoffiber;Resultstheresultsshowsthelinearrangeofthetwofibersensorrespectivearelessthanthetri-fibercompensationsensor,sothelinearityis;ConclusionThetri-fibercompensationsensorcannotonlyeliminatetheinfluencecausedbypowerfluctuationoflightsourceandvarietyofsurfacereflectivity,butalsoimprovethelinearrangeandlinearity・Keywords:Fiber;Sensor;Intensitycompensation;Displacementmeasurement1引言光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新烈传感技术。光纤传感器具有高灵敏度、高准确度、结构简单、稳定性好、体积小、可以实现非接触测量、信号可以进行远距离传输、便于与计算机连接等优点，因而在机械量测彊方面得到了广泛应用。特别是光纤位移传感器，英与传统的位移传感器相比，具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、响应快、灵敏度高、能在恶劣环境下工作等优点而备受人们青睐。反射式光纤位移传感器是人们最早提出并研究的一种光纤传感器，具有结构简单、设计灵活、性能可靠、造价低廉等优点,而口只要作适当改进很容易实现对应变、压力、振动、温度以及衣面粗糙度等多种物理最的测量"X因而这类传感器在光纤传感技术领域占有十分重要的地位。但山于不同的双光纤传感器都存在着受光源输出功率、光纤和其它系统元素影响的测量误差，W此就必须釆収一定的补偿措施来消除上述因素的影响。收藕日期:基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（07.JK276）作者简介$李武军（1970•人男，西安工业人学副教授.硕士，主要研究方向为新型激光器件。E-mai1:1iuujun©xatu.edu2光纤传感器基本原理2」光纤位移传感器测量原理反射型光纤传感器的基本测量原理是光源光纤出射的光束通过反射休反射冋接收光纤，再传输到光探测器上检测光强的变化，从而测定反射体表面与光纤探头间的距离，即得到待测反射体的位移量。一•般反射型位移传感器的输出特性是，初始时传感器的输出电压随着位移的增大而升高，当位移增大到某一点时，传感器输出的电压达到最大值；此后随着位移继续増大，输出电压随之下降。即传感器的电压输出特性曲线山前坡、峰顶、后坡纽成，是一个典型的双值函数，典型的光纤传感器输出特性曲线如图1所示。因此在设计和使用这类传感器时，必须将测景范围限制在一个单值范围之内:ifu.R.对于两个单值函数区间，传感器输出特性也呈现一定的非线性，此同样会彫响传感器的测量范围和测最的精确度；另外光源输出功率的波动，反射面反射率不同，以及光纤传输损耗的改变，都会对位移测量造成一定的误差［介役因此必须采収一定的措施对光纤传感器存在的这些诸多问题进行改进。图I.反射型光纤位移传感•器的输出特性.Fig.ITypicaloulpulchiiractersticofr...