光纤传感器测量压力和位移的工作原理是什么？它们有哪些区别？

光纤传感器测量压力和位移的工作原理是什么？它们有哪些区别？

光纤压力传感器的重要传感元件是法布利-比洛特型光学干涉仪。干涉仪的两面镜子分别是位于一端的薄膜内表面和位于另一端的光纤尖端。所施加的压力P引起了薄膜的偏移，而此偏移又直接转换成了FP干涉仪空腔长度的变化。为得到薄膜偏移和所施加的压力间的线性关系，传感器的形状和材料都经严格选择。其系可表示为：Lcav(P) = L0 + (P-P0S)其中S 是传感器的灵敏度(单位nm)L0是处于零点初始状态的空腔长度(单位nm)，通常定义为P =P0Lcav是由信号解调器所测得的空腔长度(单位nm) P0是FP空腔内的压力(单位psi)P是施加到薄膜外表面上的压力(单位psi)光纤压力传感器压力开关有三种不同的类型：量规型、绝对型、差分型。在量规型传感器的情况下，P0等于周围压力或大气压。量规型传感器有a)一个通气孔，它使空腔处于周围压力下或b)一个密封成大气压的空腔；在绝对型压力传感器的情形下，P0 = 0，工厂生产时其空腔在真空状态下密封；而在差分型传感器的情形下，P0等于任意的压力。这种类型的传感器有一个通气孔接头，用于维持空腔内给定的压力。信号解调器(FTI-100i, FTI-10，等)将来自传感器的光信号转换成绝对FP空腔长度。这个空腔长度之所以被称为绝对是因为它确实对应着测量这个光信号时的FP干涉仪的物理空腔长度。这个差别是重要的，因为许多光纤传感技术、尤其是那些基于单色光干涉术的传感技术，仅能测量长度变化ΔL。在要求长期静态测量的所有应用中,绝对测量是至关重要的。光信号以信号解调器采样速度所确定的频率被转化。在压力传感器的情况下，10,000nm 的工作范围内转化准确度为±1nm。 一旦测得空腔长度Lcav，解调器就会根据下面的公式计算 P-P0P-P0 = (Lcav-L0)/S然后就计录并在解调器上显示这一压力值。灵敏度系数S及L0的初始定义值提供了将所测得的空腔长度转化为压力的所有必要信息光纤位移传感器原理 一:实验原理: 本实验仪中所用的为传光型光纤传感器,光纤在传感器中起到光的传输作用，因此是属于非功能性的光纤传感器。光纤传感器的两支多模光纤分别为光源发射及接收光强之用，其工作原理如图(22)所示。光纤传感器工作特性曲线如图(23)所示。一般都选用线性范围较好的前坡为测试区域。 二:实验所需部件: 光纤、光电变换器、放大稳幅电路、红外发射及检测电路（光纤变换电路内）、反射物（电机叶面）、电压表. 三:实验步骤:观察光纤结构：一支发射、另一支为接收的多模光纤为半圆形结构，光纤质量的优劣可通过对光照射观察光通量得出结论。光电传感器内发射光源是近红外光,接收近红外信号后经稳幅及放大。判断光电变换器中两个安装孔位置具体为发射还是接收可采用如以下办法:将光纤变换器电压输出端接电压表输入端，光电变换块四芯航空插头接入光纤变换器四芯插座，将双支光纤的其中一根插入光电变换块中的一孔，观察电压表输出情况。将接通电源的红外发光管靠近光纤探头，如VO端有电压输出则此孔为接收放大端，如单独插入另一孔,光纤探头靠近接通电源的红外光敏三极管,探测电路动作则说明此孔为红外光源发射。将两根光纤均装入光电变换块,装入时注意不要过分用力,以免影响到变换块中光电管的位置。分别将光纤探头置于全暗无反射和对准较强光源的照射，光纤变换器输出电压应分别为零和最大值。 四:注意事项: 光纤三端面均经过精密光学抛光,其端面的光洁度直接会影响光源损耗的大小,需仔细保护。禁止使用硬物、尖锐物体碰触，遇脏可用镜头纸擦拭。如非必要，最好不要自行拆卸，观察光纤结构一定要在实验老师的指导下进行。 光纤传感器--------位移测试一:实验所需部件: 光纤、光电变换块、光纤变换电路、电压表、反射片(电机叶片)、位移平台 二:实验步骤:将光纤、光电变换块与光纤变换电路相连接,注意同一实验室如有多台光电传感器实验仪,由于光电变换块中的光电元件特性存在不一致,则光纤变换电路中的发射\接收放大电路的参数也不一致，故请做实验之前将光纤\光电变换块和实验仪对应编号,不要混用,以免影响正常实验。光纤探头安装于位移平台的支架上用紧定螺丝固定,电机叶片对准光纤探头,注意保持两端面的平行。尽量降低室内光照,移动位移平台使光纤探头紧贴反射面，此时变换电路输出电压Vo应约等于零。旋动螺旋测微仪带动位移平台使光纤端面离开反射叶片，每旋转一圈(0.5毫米)记录Vo值,并将记录结果填入表格,作出距离X与电压值mv的关系曲线。从测试结果可以看出,光纤位移传感器工作特性曲线如图(23)所示分为前坡Ⅰ和后坡Ⅱ。前坡Ⅰ范围较小，线性较好。后坡工作范围大但线性较差。因此平时用光纤位移传感器测试位移时一般采用前坡特性范围。根据实验结果试找出本实验仪的最佳工作点。（光纤端面距被测目标的距离） 光纤传感器---转速与振动测试一:实验所需部件: 光纤、光电变换块、光纤变换电路、测速电机、电压/频率表、示波器 二:实验步骤:光纤变换电路中Fo端输出为整形电路输出，它可以将光纤探头所测到脉动信号整形为标准的5VTTL电平输出，以供仪器中的数据采集卡计数之用。根据实验十二的结果,将光纤探头安装与距电机反射叶片最佳工作点处。开启转速电机,调节转速，用示波器观察Vo端输出电压波形和经过整形的Fo端输出方波的波形，如Fo端无输出则可能是Vo端输出电压过高,可适当降低放大增益，直至FO端有方波输出为止。用示波器或频率计读出电机的转速。示波器探头接于光电变换器VO端，放大器增益置最大，根据实验十二结果，探头安装在距反射叶片的最佳工作点处。开启电源与旋转电机，调节示波器，以能稳定地观察输出波形为好。读出相邻输出波形峰值之差，根据位移测试标定结果，判断旋转电机叶片的抖动情况，得出电机转动是否平稳的结论。 三:注意事项：测试电机叶片时输出电压峰值之差是比较小的，所以要特别注意背景光的影响。玺噱锥汰葡柔促汞瓯芭踵篪猾饷铪窗盗忮郯敞镆唯范湖袤撮难芸窆逻兜挝涫浅钲驮拐萸涂拈搬砀雪河辖喜竖痫柔皋铒栲急劐接琛究效操小炮