光纖位移傳感器仿真

一、 組成結構和工作原理

1、傳感器結構

傳感器的簡略結構如圖所示，其連桿可以水平方向移動，在連桿上固定了薄膜Fizeau干涉儀（TFFI），它的詳細構造如圖所示。

2、工作原理

（1）光信號調制

實際使用時將傳感器與讀數器（Demodulator）連接，讀數器中白光二極管光源發出的光從連接讀數器的光纖的一端入射，傳輸到連接Fabry- Perot傳感器，再由多模光纖射出，照射在TFFI干涉儀（光楔）的表面。當TFFI水平移動時，照點的位置也會不同。光楔上下兩個表面都鍍有半反射 膜，因而構成了Fabry-Perot腔體。當讀數器發射的白光的一部分被第一個半反射鏡反射后，其余的白光穿過Fabry-Perot腔體，且再一次被 第二個半反射鏡反射回來，兩束反射光相互干涉，使得原來入射白光的光譜被調制。

假設光楔的材料是玻璃，取其折射率n=1.6，入射白光二極管波長范圍根據文獻[1]取為600nm～1750nm。根據圖2，光楔上下表面反射光的光程差為2nh，假設光源光譜所有頻率光波的振幅皆為a，兩束光在相遇點發生干涉時的相位差為d，光楔面的反射率為R，透射率為1-R，則合成振幅y為：y=a+aRe-iδ （1）

據歐拉公式e-iδ＝cosδ－isinδ，可得：y(t)=a(1+ Rcosδ－iRsinδ) （2）

光強與光波振幅的平方成正比，設光波相遇點的光強度為I，則：

I＝y(t)×y(t)*＝a2(1+R2+2Rcosδ) （3）

對于TFFI的某個位置，光楔面的高度為h，不同波長l的光對應的干涉相位差δ為：

δ＝（2nh/l）×2p＝4pnh/l （4）

光強I的極值為：

I＝a2（1+R2+2R） （5）

在 TFFI干涉儀中，為了形成光的反射面，需要在光楔的上下表面各鍍上一層膜，而鍍膜具有一定的厚度，所以鍍膜上下表面的反射光將形成干涉，會影響測量結果