基于相位式激光测距的光纤传感器研究.pdf

《基于相位式激光测距的光纤传感器研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、50传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第5期基于相位式激光测距的光纤传感器研究张小勇，张丕状(中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051)摘要：介绍了相位式激光测距原理，对基于相位式激光测距的光纤传感器原理及其安全性进行了分析与研究，设计了基于这一原理的光学系统，通过搭建实验平台对激光接收部分进行了实验。实验结果表明：系统能够实现正常测距，并达到激光测距仪本身标称精度，这种传感器可以通过光纤使电学系统远离测量现场，从而达到本安要

2、求。关键词：激光测距；光纤传感器；本安中图分类号：TN209文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)05-0050-03StudyonopticalfibersensorbasedonphasiclaserrangeZHANGXiao—yong，ZHANGPi-zhuang(NationalkeyLaboratoryofElectronicTestingTechnology，NorthUniversityofChina，T~yuan030051，China)Abstract：Theprincipleo

3、fphasiclaserrangewasintroduced．TheprincipleandthesafetyofopticalfibersensorbasedOUphasiclaserrangewereanalyzedandresearched．Opticalsystembasedonthisprinciplewasdesigned．Thepartoflaser—receivingexperimentwasdonebybuildingexperimentalplatform．Experimentalresults

4、showthatthesystemcanworkwellandachievethescaleprecisionoflaserrangefinder．Thesensorenableelectricalsystemtokeepawayfromthemeasuringscene，soastoachievetheintrinsicalsafetyrequirements．Keywords：laserrange；opticalfibersensor；intrinsicsafety0引言进行正弦调制，光信号经被测目标反射后由测

5、距系统放大，激光测距是激光最早的应用之一，这项技术经过四十通过测定经被测目标反射后的信号与参考信号的相位差余年的发展，已在军事、航天等多个领域得到了广泛的应aq,，间接求得时间差，从而得到距离，如图1所示。通过用n]，近年来随着技术的进步，市场上已经出现了各种类测量相位差来间接测量时间，较脉冲式激光测距中直接测型体积小、精度高、价格低的激光测距产品。光纤传感器是量往返时间的处理难度降低了许多。目前市场上基于近几十年来迅速发展起来的一种新型传感器，它具有抗电这一原理的测量产品测量精度达到±1．5mm，量程达到磁干扰、

6、电绝缘性好、灵敏度高等一系列优点，具有广泛100m。’的应用前景。光纤传感器分为两类：一类称为功能型传感器，它的光纤对被测信号兼有敏感和传输的作用；另一类称为非功能型传感器，它的光纤仅起传输的作用。将激光测距与光纤传感器技术相接合，使用光纤传导激光，便有望制作出一种新型非功能型光纤传感器。这种传感器可图1相位式激光测距原理圈使电学系统远离测量现场，从而达到本安要求，在石油、化Fig1Principlediagramofphasiclaserrange工等领域高危作业环境下的料位，液位等的测量中具有很1．2系统总体设

7、计好的应用前景。系统原理框图如图2所示，利用两条光纤分别用于激1传感器原理与设计光发射与接收，将发射激光耦合人发射光纤，激光沿着光纤1．1相位式激光测距原理传导至另一端再由准直透镜准直后发射出去，激光经被测激光测距分为脉冲式与相位式两类，其中，相位式具有目标反射后再由接收透镜会聚耦合入接收光纤从而传递到较高的精度，在相位式激光测距系统中将发射光波的光强光电传感器。这里，光纤只起到传导激光的作用，是典型的收稿日期：2009-10-21第5期张小勇，等：基于相位式激光测距的光纤传感器研究51非功能型光纤传感器应用。ql

8、：il—■一，(L3J)先纤q2：i_"frO)02—／_l—■_一．·(L4)—将式(2)，式(3)，式(4)代人式(1)可得1(-一图2系统原理框图手砉((5)Fig2Blockdiagramofsystemprindple激光从光纤发射时采用单透镜准直，对式(5)求偏导1．3光学部分原理可得=1光学系统的准直透镜将光纤发出的激光准直并发射到-(1一手)