光纤传感器的设计1

HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY

物理实验报告

实验题目：光纤传感器的设计

姓名：

物理实验教学中心

实 验 报 告

一、实验题目：光纤传感器的设计

二、实验目的：

1.了解光纤传感器设计实验系统的基本构造和原理及应用；

2.了解光纤传感器设计实验系统的补偿机理，验证补偿效果；

3.设计光纤位移传感器，给出定标曲线。

三、实验仪器：

光纤传感设计实验系统主机、三光纤补偿式传感探头、精密机械调节架。

四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：

图1

在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强。在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为

2

022(,)exp[](2)(2)

SI d I x d x x πωω=?- （1）

考虑到光纤的本征损耗，光纤所接收到的反射光强可进一步表示为

00(,)(,)I x d I K KRf x d =

式中 I 0——注入光源光纤的光强；

K 0，K ——光源光纤和反射接收光纤的本征损耗系数； R ——反射器的反射系数；

d ——两光纤的间距；

f (x ,d )——反射式特性调制函数。结合式(1)，f (x ,d )由下式给出，即

22

022(,)exp[](2)(2)

a d f x d x x πωω=?-

其中 3/2

00

()[1()]

x

x a a ωξ

=+ 为了避免光源起伏和光纤损耗变化等因素所带来的影响。采用了双路接收的主动补偿方式可有效地补偿光源强度的变化、反射体反射率的变化以及光纤损耗等因素所带来的影响。补偿式光纤传感器的结构由图1给出。由（1）式可知

1002

00(,)(,)

(,2)(,2)I x d I K KRf x d I x d I K KRf x d =??

=? 则两路接收光纤接收光强之比为

])

2()2(exp[22

221x d d I I ω--= 通过实验建立两路接收光强的比值与位移的关系（标定）后，即可实现补

偿式位移测量。

五、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论）：

1、反射式双光纤接收光强特性曲线

Y l i g h t /m v

X distance/0.2

2、补偿式光纤位移测量标定曲线

Y l i g h t /m v

X distance/0.2mm