基于输出光斑旋转的光纤微弯位移传感器.pdf

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1、第38卷第2期2016年4月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSV01．38，No．2April，2016文章编号：1005—5630(2016)02—0117—04基于输出光斑旋转的光纤微弯位移传感器吴骏，查媛，王华，马军山(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：为研究光纤微弯位移传感器，在单模光纤传输系统中设计了一个光纤圈和光纤微弯传感器。通过改变光纤圈的直径，以获得两个光斑，通过移动光纤微弯传感器，记录输出光斑旋转情况，并分析了传感器的移动位移和输出光斑的旋转角度之间的关系。实验表明，光斑转移角度与传

2、感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系，因此可通过检测光斑图像的旋转来实现位移量的测量。关键词：位移；微弯；光纤传感器；光斑旋转中图分类号：TP212．1文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2016．02．005Fiber-opticmicro-benddisplacementsensorbasedonoutputspotrotationWUJun，ZHAYuan，WANGHua，MAJunshan(Sch00lofOptical-ElectricalandComputerEngineering，U

3、niversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Thispaperisdevotedtotheresearchoffiberopticdisplacementsensor．Theexperimentofafiberringandfiber-opticmicro-bendsensorisdesignedinthesinglemodeopticalfibertransmissionsystem．Twospotsareobtainedbychang

4、ingthediameterofthefiberringandthespotsarerotatedbymovingthefiber-opticmicro—bendsensor．Intheexperiment，weanalyzetherelationshipbetweenrotationangleoftheoutputspotandthedisplacementofthesensor．Theexperimentdatashowthatthespotanglehasfinelinearresponsetothedisplacementinac

5、ertainscope．Therefore，wecouldmeasurethedisplacementbydetectingtherotationofthespotimagebaseonthephenomenon．Keywords：displacement；micro-bend；fiber-opticsensor；spotrotation引言光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、体积小、重量轻、可用于易燃易爆的环境中等。所以，光纤传感器已经成为机载光学传感器的必然发展趋势‘1

6、。光

7、纤传感技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒质，感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术嘲。当这种外界信号为位移时，即构成了光纤位移传感器。收稿日期：2015—07—28作者简介：吴骏(1990一)，男，硕士研究生，主要从事光纤传感方面的研究。E-mail：wujunusst@163．eom通信作者：马军山(1967一)，男，教授，主要从事光学精密测试技术方面的研究。E-mail：junshanma@163．corn·118·光学仪器第38卷光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理

8、量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。本文属于光纤自身的传感器，所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检

9、测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10叫rad的微小相位变化所对应的物理量[3]。利用光纤的可绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，