光纖法珀傳感器

關于光纖法珀傳感器第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月簡介

光學法珀干涉儀(FPI)，有時也叫做法珀標準器。它是由兩個反射系數(shù)分別為R1和R2的反射鏡組成。兩個反射鏡之間是長度為L的干涉腔。由于FPI的工作原理是通過兩個反射面之間的距離來測量被側(cè)點的變化，所以在傳感領域，它可以被做的相當小。和其他種類的光纖傳感干涉儀，比如Mach-Zehnder干涉儀、Michelson干涉儀、Sagnac干涉儀等不同，F(xiàn)PI不需要光纖耦合器。第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月簡介結構尺寸小，可以通過空分、時分、頻分、相關復用等手段大大降低多點監(jiān)測的成本等原因促使FPI發(fā)展迅猛并且應用廣泛。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類F-P腔示意圖光纖法珀傳感器是由光學法珀傳感器發(fā)展而來的，它是由兩塊端面鍍以高反射膜、間距為d、相互嚴格平行的光學平行平板組成的光學諧振腔。第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類理論計算：假設鏡面的反射率和透射率分別為R和T，且有T+R=1。對其余的損耗，如反射鏡對光的吸收或者散射，均忽略不計，則有反射率RFP和折射率TFP分別為：第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類在F-P腔中往返一次所產(chǎn)生的相移大小為因為反射鏡是電介質(zhì)，所以會附加π/2的相移第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類當反射率均為R時，根據(jù)經(jīng)典的多光束干涉公式，得反射光強透射光強第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類簡單討論：1.由上式可知，透射光干涉光強的最大值為Ir，最小值為可見，反射率R越大，干涉光強變化越顯著，即有高的分辨率。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類2.當反射率遠小于1時，可以看出，當入射光強一定的時候，傳感器的腔長是波長和輸出光強的函數(shù)。也就意味著，如果腔長發(fā)生變化，將會導致輸出光強和波長分布的變化。第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理及分類分類：本征型光纖法珀傳感器(IFPI)非本征型光纖法珀傳感器(EFPI)線性復合腔光纖法珀傳感器(ILFP)第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解調(diào)方法外界參量作用于光纖法珀腔時，是通過改變傳感器的腔長L影響其輸出光信號IR。因此光纖法珀傳感器的腔長L是反映被測對象的關鍵參數(shù)，而光纖法珀傳感器的信號解調(diào)，就是由其輸出光信號IR求解出腔長L。解調(diào)方式主要分為強度解調(diào)和相位解調(diào)。第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解調(diào)方法強度解調(diào)：利用波長為單色光源，在鏡面反射率R比較小的情況下，可得公式當腔長L的變化范圍較小時，上式可簡化為近似線性關系：第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解調(diào)方法優(yōu)點：簡單、直接、成本低廉缺點：抗干擾能力差，測量精度不高，后續(xù)誤差補償電路復雜，需要控制腔長制造精度等。第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解調(diào)方法相位解調(diào)：利用的相位關系實現(xiàn)對腔長L的求解。采用寬帶光源，傳感器的輸出變?yōu)椋鹤罱K輸出I與腔長、波長均有關第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解調(diào)方法由上式和上圖可看出，腔長的信息包含傳感器輸出的整體光譜當中，不同的腔長L對應于不同的光譜分布，不同的光譜分布在相同的區(qū)段內(nèi)相位是完全不同的，即相位與腔長具有嚴格對應關系。第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解調(diào)方法因為光譜分布是多個單波長信息的組合，其信息量遠大于單波長條件下的光強輸出的信息量，因此能夠提高解調(diào)精度。目前最常用的相位解調(diào)方法主要有條紋計數(shù)法、離散腔長變換法、可調(diào)諧濾波器法以及菲索干涉儀法等。第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月復用技術強度解調(diào)型光纖法珀傳感器的波分復用第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月復用技術相位解調(diào)型光纖法珀傳感器的空分復用第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月應用封裝溫度測量應變測量第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作