基于光纤传感器的位移检测设计

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1、基于光纤传感器的位移测量检测系统目　　录第一章绪论11.1位移检测概述及意义11.2位移检测技术现状及发展11.3光纤传感器概述21.3.1光线传感器的现状及发展趋势21.3.2光纤传感技术31.3.3光纤传感器的主要技术指标3第二章光纤位移传感器方案选择52.1光相位调制型光纤传感原理52.2光强调制型光纤传感原理72.2.2外调制式位移传感器82.3方案选择10第三章光闸式位移测量的理论分析113.1纤端光场分布特性模型理论分析113.1.1以前的纤端出射光场场强分布公式113.1.2纤端光场特性及假设113.1.3纤端光场

2、分布特性数学模型113.2光闸式光纤位移测量的调制特性133.3小结15第四章位移检测系统解决方案之光闸式光纤传感器设计164.1位移检测系统工作原理164.2可能出现的主要问题164.3强度补偿方法174.3.1光路补偿方法174.3.2光源的补偿方法18第五章位移电路设计205.1光源及光接受器件205.1.1半导体光源205.1.2光探测器205.2电路设计205.2.1电源模块205.2.2光源驱动电路205.2.3光接收电路225.2.4后续电路265.2.5信号处理电路275.3抗干扰技术305.3.1空间辐射干扰的

3、抑制305.3.2印刷电路板的抗干扰305.3.3A/D转换中的抗干扰305.4小结30结束语31参考文献32致谢34第一章　绪论1.1位移检测概述及意义1.2位移检测技术现状及发展1.3光纤传感器概述1.3.1光线传感器的现状及发展趋势从1990年至今，世界上研究光纤产业的力度越来越大。和经典传感器相比，光纤传感器具有非常特殊的品质。抗电磁干扰能力强，耐高温高压，能够在许多恶劣条件下使用，例如、、原子辐射、易爆、化学腐蚀等，灵敏度高和损耗低的优点让光纤传感器在很多地方派上用场，比如能够构成空间分布列阵及网络，应用于城市管理、环

4、境测控等方面。因此，科学家指出了乐观的市场前景[3]。1980年，由于技术不达标，所以在市面上只能见到少量光纤传感器，其原因主要是、可靠性不高。传感器以前用途少，生产的比较少，所以价格较高[4]。从2000开始，人们已经在医学方面利用传感器对人体血液及血压测量。它可应用于小型侵入诊断，如小型外科手术[5]。除了强度调制型传感器，另外，干涉陀螺仪是一类传感器，用途也比较广泛，它应用于航天航海、机器人工业、发动机及军事方面等方面[6]。光纤传感器发展趋势：全光纤微型化，多参量实时化，高精度实用化，阵列化，网络化，易于构成分布式检测系

5、统。图(被测对象的市场份额分布（如图1.1）)给出了各个被测量在OFS领域的市场份额，图(光纤传感器的主要技术分布（如图1.2）)示光纤传感器的主要技术分布[7]。图1.1被测对象的市场份额分布图1.2光纤传感器的主要技术分布33Fig.1.1MarketsharedistributionofthemeasuredobjectFig.1.2Themaintechnicaldistributionoffiberopticsensors1.3.2光纤传感技术随着光纤传感技术发展，光纤通信技术的发展也蓬勃起来，光波为载体，光纤为介质，

6、接受与传送外界被测量信号的新型传感技术。拥有一些特殊的、其他载体和介质无法比拟的优点。光波抗电磁干扰能力强，容易被接收，能够精准的进行光电转换或电光转换，可以便捷的和发展迅速的现代电子设备和计算机相匹配。因此，光纤传感技术在绝大多数领域内得到研究和应用，并随之逐步完善和发展。另一类调制区在光纤之外，这一类为非功能型光纤传感器，它也称传光型光纤传感器或外调制光纤传感器[8]。它的用途也比较广泛，便于普及，在日常生活中也能用到。1.3.3光纤传感器的主要技术指标1.量程度量工具的分度值与最大值。2.准确度测量得到的数据与真实值之间的

7、接近程度来反映准确度。3.重复性反复进行测量一项数据，然后得到数据结果进行分析，这个来回进行的过程就是重复性。(1.1)4.线性度用曲线表示传感器特性间的关系和工作属性偏离的大小。(1.2)5.迟滞(回差)迟滞就是回差，是传感器的指标。33(1.3)6.灵敏度传感器在一定条件下受到外界因素影响，在稳定情况下输出量的比值（即直线的斜率）。7.测量分辨力测量装置量程的最小刻度。注意不是“分辨率”。是传感器能感受到的被测量的能力的变化的最小范围。第二章光纤位移传感器方案选择2.1光相位调制型光纤传感原理当光纤传感器使用相位调制时是利用

8、外界因素引起光波在光纤中相位变化。特点：灵敏度高、灵活多样、对象广泛、对光纤有特殊要求、单模传输。1.应力应变效应当光波通过光纤所产生的相位延迟：(2.1)其中：λ=λ0/n光纤中光的传播波长，λ0为光在真空中的传播波长。β＝2π／λ为光在真空中的传播波长。为光