光纤传感实验仪的应用

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1、万方数据第27卷第1期2000年1月应用科技AppliedScienceandTechnologyV01．27．NO．1Jan．．2000光纤传感实验仪的应用殷晓华1，刘志海2，赵文辉z，姜宇z(1．哈尔滨市电信局，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工程大学物理系，黑龙江哈尔滨150001)摘要：光在光纤中传输，光纤易受外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等环境的变化将引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态等的变化，通过这些量的变化，就可以知道导致这些光波量变化的位移、温度、压力、电磁场等物理量的大小。光纤传感实验仪就是在光纤传感领域中的光纤透射

2、技术、反射技术及微弯损耗技术等基本原理的基础上开发而成的，可用于光源特性测试、光纤反射、透射特性测试，位移、温度、压力、杨氏模量及固体热膨胀系数等物理量的测试。关键词：光纤传感；实验仪0引言光纤传感技术是伴随着光导纤维及光通信技术的发展而逐步形成的。在光通信系统中光纤用作远距离传输光波信号的介质。但是，在实际光传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等环境的变化将引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态等的变化，通过这些量的变化，就可以知道导致这些光波量变化的位移、温度、压力、电磁场等物理量的大小。光纤传感实验仪就是在光纤传感领域中的

3、光纤透射技术、反射技术及微弯损耗技术等基本原理的基础上开发而成的，由光纤传感实验仪主机、LED光源、发射光纤、PIN光电探测器、接收光纤、三维微位移调节器、反射器、微弯变形器等组成的实验系统如图1所示。光纤传感实验仪三维微位移调节输入显示光纤传感实验仪入射学纤l口0力园0输出显示一出射光纤Z=．÷'1LED光源H特性曲线测试发光二极管简称LED，是目前比较常用的半导体光源。它的输出光功率(P)随驱动电流(，)的变化而变化。因此测量LED光源的卜，特性曲线具有重要的理论意义和工程应用意义。1)取出发射一接收光纤，将光源端与LED光源的插接座相连，探测器端与P

4、IN探测器的插接座相连；2)接通电源，LED驱动电流显示窗上将指示出LED的驱动电流值(单位：mA)。调整电流调节旋钮使电流达到最小；3)每隔5mA，对应记录下经光电转换放大后的输出电压值(单位：mV)，此电压值正比于光输出功率。测得的曲线如图2．渗麦褂督驱动电流／／mA图2光纤输出功率随驱动电流变化曲线∥蚕芝蒸蒜)微动调节旋钮‘绷2光纤纤端光场分布的测试图1光纤传感实验仪示意图光纤传感实验仪采用了强度型光纤传感的随着光通信技术的发展，派生出了光纤传感方式，通过不同的实验装置构成各式传感器，从技术及光纤传感器的应用。就外部调制型光纤传而测量各种不同物理量。

5、感器而言，如反射接收型、直接人射型、光闸型收稿日期：1999—10—04．．作者简介：殷晓华(1964一)，女，山东黄县人，哈尔滨市电信局工程师，主要研究方向：通讯网络。万方数据第1期刘志海等：光纤传感实验仪的实用确良·13·等，一般由入射光源光纤、调制器件及接收光纤组成。而接收光纤所收集到的光强随外界物理扰动而变化，其光强响应特性曲线是这类传感器的设计依据，大多与光纤出射的光场相关。因而，光纤出射光场的场强分布对于这类传感器的分析和设计至关重要。通常人射光纤不动而接收光纤可以作纵(横)向位移。这样接收光纤的输出光强被其位移调制。光纤纤端光场的分布是反射式

6、光纤传感实验的基础。通过纤端光场的分布的测量可以给使用者以直观的印象，并且对光纤传光特性有一定的定性和定量的掌握。同时，它的测量涉及到光纤传感器的设计、使用方法等基本问题，具有重要意义。1)将光源光纤卡在纵向微动调节架上，将探测光纤卡在横向微动调节架上，并使两光纤探头间距调到约lmm左右；2)接通电源，将LED驱动电流调到指定电流；3)调整横向微动调节旋钮和光纤卡具并观察电压输出使之输出最大，此时可认为人射光纤和出射光纤已对准；4)调整纵向微动调节架，将探测光纤推进到与光源光纤即将接触的位置记录下螺旋测微器的读数，然后将纵向微动调节架向相反的方向旋转0．5

7、mm(两光纤探头的间距)停止；5)沿某一方向旋转横向微动调节架，直至输出电压为零，再向相反的方向旋转一点，记录螺旋测微器的读数，继续向该方向旋转，每转过5个小格记录电压输出值，直至电压再次变为零；6)将两光纤探头的间距调到1．0mm，重复步骤5；7)在同一坐标纸上作出两条曲线如图3．，一、j磐曾皿、．／嘿米图3200斗m芯径光纤出射光场的横向分布用类似方式可以测得光纤出射光场的轴向分布，如图4所示。，_、j四辎辞出脚、-／骥巢纵向距离IAnm图4200¨m芯径光纤出射光场的轴向分布3反射式光纤位移传感器同样，用光纤传感实验仪也可以构成反射式光纤微位移传感器

8、，用以测量多种可转换成位移的物理量，如压力、温度、杨氏模量、固体的