1、反射式强度调制反射式强度调制透射式强度调制透射式强度调制光模式强度调制光模式强度调制折射率强度调制折射率强度调制光吸收系数强度光吸收系数强度 调制等调制等内调型内调型外调型外调型（传光型或非功能型）（传光型或非功能型）（传感型或功能型）（传感型或功能型）第四章 强度调制型光纤传感器4.3 透射式强度调制调制原理：调制原理：遮光遮光调制方法调制方法光强调制特性曲线光强调制特性曲线第四章 强度调制型光纤传感器4.3 透射式强度调制 通常发送光纤不动，通常发送光纤不动，而而接收光纤接收光纤可以作可以作横向横向位移、纵向位移或转动位移、纵向位移或转动,实现实现对发射光纤与接受对发射光纤与接受光纤之间光
2、纤之间偶和效率的调偶和效率的调制制，改变光电探测器所，改变光电探测器所接受的光强度，从而实接受的光强度，从而实现对位移现对位移(或角位移或角位移)、压力、振动、温度等物压力、振动、温度等物理量的测量。理量的测量。第四章 强度调制型光纤传感器4.3 透射式强度调制优点：优点：结构简单结构简单不足：不足：灵敏度低、动态范围小灵敏度低、动态范围小 第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器在发送光纤和接收光纤之间加入一定形式的受待在发送光纤和接收光纤之间加入一定形式的受待测量控制的可动光闸，对进入接收光纤的光束产测量控制的可动光闸，对进入接收光纤的光束产生一定程度
3、的遮挡，产生光强度调制，进而实现生一定程度的遮挡，产生光强度调制，进而实现测量。测量。n组成组成n光闸形式光闸形式n调制原理调制原理发射光纤、受待测量控制的可动光闸和接收光纤发射光纤、受待测量控制的可动光闸和接收光纤固体材料、液体、遮光片、光栅、码盘、待测固体材料、液体、遮光片、光栅、码盘、待测物体本身等。物体本身等。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器a.带透镜结构带透镜结构 b.不带透镜结构不带透镜结构 不用透镜的两光不用透镜的两光纤直接耦合系统，结纤直接耦合系统，结构虽
4、然简单。只是接构虽然简单。只是接收光纤端面只占发射收光纤端面只占发射光纤发出的光锥底面光纤发出的光锥底面的一部分，使光耦合的一部分，使光耦合系数减小，灵敏度也系数减小，灵敏度也降低一个数量级降低一个数量级。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器遮光屏是由等宽度、交替排列的透明区和非透明区遮光屏是由等宽度、交替排列的透明区和非透明区的光栅组成，其中一支为固定光栅，另一支为可移的光栅组成，其中一支为固定光栅，另一支为可移动光栅。在此遮光屏的空间周期内，光的透过率，动光栅。在此遮光屏的空间周期内，光的透过率，从从50(两屏完全重叠两屏完全重叠)变到零变到零(两
5、屏完全交叠两屏完全交叠)。光栅遮光屏透射式强度调制原理光栅遮光屏透射式强度调制原理第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 在此周期性结构范围内，光的输出强度在此周期性结构范围内，光的输出强度是周期性的。而且它的分辨率在光珊条纹间是周期性的。而且它的分辨率在光珊条纹间距的距的10-6数量级以内，是构成高灵敏度、简单、数量级以内，是构成高灵敏度、简单、可靠的位移传感器的基础。可靠的位移传感器的基础。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章
6、 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器理论基础：理论基础：Lambert-Beer（郎伯（郎伯-比尔比尔）定律）定律式中，式中，I为光强，为光强，为摩尔分子吸收系数，为摩尔分子吸收系数，C为气体浓度，为气体浓度，L光和气体的作用长度。光和气体的作用长度。0expIILC第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器接收接收光源光源遮遮光光板板双金双金属片属片第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器移动球镜光学开关传
7、感器移动球镜光学开关传感器 光强为光强为I0的光束的光束,通过发送光纤通过发送光纤照射到球镜上照射到球镜上。球透镜把光束。球透镜把光束聚集列两个接收光纤的端面上。聚集列两个接收光纤的端面上。当球透镜在平衡位置时，从两当球透镜在平衡位置时，从两个接收光纤得到的光强个接收光纤得到的光强I1和和I2是相同的；是相同的；如果球透镜在垂直于光路的方如果球透镜在垂直于光路的方向上产生微小位移时，在两个向上产生微小位移时，在两个接收光纤上得到的光强接收光纤上得到的光强I1和和I2 将发生变化。光强比值将发生变化。光强比值I1/I2 的的对数值与球透镜位移对数值与球透镜位移x呈线性呈线性关系，但与初始光强无关
8、。关系，但与初始光强无关。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器遮断型遮断型被记数工件随传送带被记数工件随传送带移动，一个工件从光移动，一个工件从光纤断开处通过时，挡纤断开处通过时，挡光一次，在光纤输出光一次，在光纤输出端得到一个光脉冲，端得到一个光脉冲，用记数电路和显示装用记数电路和显示装肖将通过光纤的工件肖将通过光纤的工件数显示出来。数显示出来。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第
9、四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 采 用 遮采 用 遮断型光纤光断型光纤光电开关对电开关对IC 芯片引脚进芯片引脚进行检测行检测第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器转动的金属盘转动的金属盘上穿有透光孔。上穿有透光孔。当孔与光纤对当孔与光纤对齐时，在光纤齐时，在光纤输出端就有光输出端就有光脉冲输出，这脉冲输出，这是通过孔位的是通过孔位的变化对光强进变化对光强进行调制。行调制。编码盘装置编码盘装置第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 利用水银柱
10、升降温度的光纤温度开关。可用于利用水银柱升降温度的光纤温度开关。可用于对设定温度的控制，温度设定值灵活可变。对设定温度的控制，温度设定值灵活可变。浸液浸液自聚自聚透镜透镜光纤光纤水银水银水银式光纤温度开关水银式光纤温度开关反射式强度调制反射式强度调制透射式强度调制透射式强度调制光模式强度调制光模式强度调制折射率强度调制折射率强度调制光吸收系数强度光吸收系数强度 调制等调制等内调型内调型外调型外调型（传光型或非功能型）（传光型或非功能型）（传感型或功能型）（传感型或功能型）第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器传感头传感头：多模光纤：多模光纤 u透射式透射
11、式 振动振动 、位移等、位移等u反射式反射式机机 理：理：芯模芯模类类 型：型：第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器传感头传感头：多模光纤：多模光纤 机理：机理：芯模芯模 包层模包层模 类型类型：光模式强度调制：光模式强度调制 u最小可测位移：最小可测位移：0.01nm0.01nm；动态范围：；动态范围：110dB110dBu可测压力、水声等可测压力、水声等第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 传播常数传播常数是描述光纤中各模式传输特性的重要参是描述光纤中各模式传输特性的重要参数，数，决定决定光纤中各模式的光纤
12、中各模式的传输或截止传输或截止。1020nknk 当当 时，包层中的电磁场不再衰减，而成时，包层中的电磁场不再衰减，而成为振荡函数，这时传导模已不能集中于光纤纤芯中传为振荡函数，这时传导模已不能集中于光纤纤芯中传播，即传导模截止，此时的模式称为辐射模。播，即传导模截止，此时的模式称为辐射模。光纤中传输的信息是由传导模传送的。传导模的光纤中传输的信息是由传导模传送的。传导模的传播常数是限制在纤芯到包层之间的，即传播常数是限制在纤芯到包层之间的，即cos2cos101nkn02k n02k n 当当 时，传导模处于临界截止状态，光线时，传导模处于临界截止状态，光线在纤芯和包层的界面掠射。在纤芯和包
13、层的界面掠射。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 根据光纤的根据光纤的模式耦合模式耦合理论，当光纤在轴理论，当光纤在轴向上发生向上发生周期性微弯时周期性微弯时，光纤中的部分光会，光纤中的部分光会折射到包层中去，折射到包层中去，全反射被破坏全反射被破坏，即部分，即部分导导波模会转化为辐射模波模会转化为辐射模，能量由纤芯转移到包，能量由纤芯转移到包层中，层中，产生微弯损耗产生微弯损耗。因此，通过测量纤芯。因此，通过测量纤芯（亮场）或包层（暗场）中光的能量变化就（亮场）或包层（暗场）中光的能量变化就可以可以测量如应力、重量、加速度和应变等物测量如应力、重量
14、、加速度和应变等物理量理量。也可以两场同时探测（相比）来补偿。也可以两场同时探测（相比）来补偿光源漂移的影响。光源漂移的影响。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器机械一光学转换效应使得所需部件少，设备简单，造机械一光学转换效应使得所需部件少，设备
15、简单，造价低，便于分布式沿线测量；价低，便于分布式沿线测量；容易机械装配，不需要将光纤连接到其它部件中，从容易机械装配，不需要将光纤连接到其它部件中，从而避免了差热膨胀问题；而避免了差热膨胀问题；具有较高的可靠性和安全性；具有较高的可靠性和安全性；由于光纤的光路是完全封闭的，更适合在高温高压、由于光纤的光路是完全封闭的，更适合在高温高压、易燃易爆、腐蚀性介质等恶劣环境下进行测量。易燃易爆、腐蚀性介质等恶劣环境下进行测量。光模式强度调制的独特优点：光模式强度调制的独特优点：第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器结构：结构：多模光纤被绕制于开有纵向槽且带有螺
16、纹的多模光纤被绕制于开有纵向槽且带有螺纹的 铝管螺纹内铝管螺纹内第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 在工程结构或部件的制造过程中，在其内部关在工程结构或部件的制造过程中，在其内部关键部位埋人光纤阵列，对材料及结构内的应力、应键部位埋人光纤阵列，对材料及结构内的应力、应变等物理状态及由于外力、疲劳等产生的变形、裂变等物理状态及由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹、蠕变、层解等进行实行监测。纹、蠕变、层解等进行实行监测。第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度
17、调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器 当腐蚀传感器处于腐蚀介质中时，腐蚀当腐蚀传感器处于腐蚀介质中时，腐蚀“保险保险丝丝”会生锈变细而断裂，此时弯曲光纤的曲率将变会生锈变细而断裂，此时弯曲光纤的曲率将变小甚至为零，通过光纤的光能量会迅速增加。小甚至为零，通过光纤的光能量会迅速增加。基本原理基本原理:第四章 强度调制型光纤传感器4.4 光模式强度调制第四章 强度调制型光纤传感器反射式强
18、度调制反射式强度调制透射式强度调制透射式强度调制光模式强度调制光模式强度调制折射率强度调制折射率强度调制光吸收系数强度光吸收系数强度 调制等调制等内调型内调型外调型外调型（传光型或非功能型）（传光型或非功能型）（传感型或功能型）（传感型或功能型）第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制折射率强度调制折射率强度调制物理量引起光纤折射率的变化实现光强调制的方式物理量引起光纤折射率的变化实现光强调制的方式分类：分类：p利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变化的强利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变化的强度调制；度调制；p利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度变化的利用光纤折射率的变化引起渐逝波
19、耦合度变化的强度调制；强度调制；p利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射系数改利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射系数改变的透射光强调制；变的透射光强调制；第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制折射率强度调制折射率强度调制p利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变化的强度调制；化的强度调制；p利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度变化的强度调制；变化的强度调制；p利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射系数改变的透射光强调制；系数改变的透射光强调制；第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折
20、射率强度调制p 传输波损耗变化型传输波损耗变化型 一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数一般光纤的纤芯和包层的折射率温度系数不同。在温度恒定时，包层折射率不同。在温度恒定时，包层折射率n2与纤芯折与纤芯折射率射率n1之间的差值是恒定的。当温度变化时，之间的差值是恒定的。当温度变化时，n2、n1之间的差发生变化，从而改变传输损之间的差发生变化，从而改变传输损耗。因此，以某一温度时接收到的光强为基耗。因此，以某一温度时接收到的光强为基准准,根据传输功率的变化可确定温度的变化。根据传输功率的变化可确定温度的变化。第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制p 传输波损耗变化型传输波损耗变化型当当
21、Tn2，光在光纤中传输；，光在光纤中传输；当当TT1时，时，n1n2，光传输条件被破坏，不能发生，光传输条件被破坏，不能发生全反射，损耗增大，产生报警信号；全反射，损耗增大，产生报警信号；第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制p 传输波损耗变化型传输波损耗变化型特点：特点：电绝缘性好、防爆性强、抗电磁干扰等。电绝缘性好、防爆性强、抗电磁干扰等。应用：应用：大型电机、液化天然气及火警等报警系统。大型电机、液化天然气及火警等报警系统。第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制折射率强度调制折射率强度调制p利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变化
22、的强度调制；化的强度调制；p利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度变化的强度调制；变化的强度调制；p利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射系数改变的透射光强调制；系数改变的透射光强调制；第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制p 渐逝波耦合度变化型渐逝波耦合度变化型 若使渐逝场能以较大的振幅穿过光疏媒质，并若使渐逝场能以较大的振幅穿过光疏媒质，并伸展到附近的折射率高的光密媒质材料中，能量就伸展到附近的折射率高的光密媒质材料中，能量就能穿过间隙，使反射光减弱，这一过程称为能穿过间隙，使反射光减弱，这一过程称为受抑全受抑
23、全反射反射。当光在纤芯和包层分界面处发生全反射时，在当光在纤芯和包层分界面处发生全反射时，在光疏介质中仍存在光疏介质中仍存在电磁场电磁场，其，其强度按指数规律迅速强度按指数规律迅速衰减衰减，透射深度透射深度一般约为一般约为几个波长几个波长，这种现象称为，这种现象称为渐逝场渐逝场。第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制p 渐逝波耦合度变化型渐逝波耦合度变化型原理：原理：利用受抑全反射原理，当包层完全或部分去掉利用受抑全反射原理，当包层完全或部分去掉的两根单模或多模光纤相互靠近一定距离时，光将能的两根单模或多模光纤相互靠近一定距离时，光将能从一根光纤耦合进另一根光纤中去，构成渐逝波耦合
24、从一根光纤耦合进另一根光纤中去，构成渐逝波耦合度光纤传感器。度光纤传感器。应用：应用：水听器、光扫描隧道显微镜水听器、光扫描隧道显微镜第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制折射率强度调制折射率强度调制p利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变利用光纤折射率的变化引起传输波损耗变化的强度调制；化的强度调制；p利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度利用光纤折射率的变化引起渐逝波耦合度变化的强度调制；变化的强度调制；p利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射利用光纤折射率的变化引起光纤光强反射系数改变的透射光强调制；系数改变的透射光强调制；第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制p 光纤
25、光强反射系数改变型光纤光强反射系数改变型 原理：利用光纤（或其他光学元件如棱镜）原理：利用光纤（或其他光学元件如棱镜）的反射端面的反射系数随被测参数变化而的反射端面的反射系数随被测参数变化而达到调制光强的目的。达到调制光强的目的。光源光源探测器探测器信号处理信号处理调制器调制器临界角强度调制临界角强度调制第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制全反射面全反射面1n2n3n临界角强度调制型光纤传感器临界角强度调制型光纤传感器调制机理：调制机理：由光纤左端入射的光，一部分沿光路返回，由分束由光纤左端入射的光，一部分沿光路返回，由分束器偏转到到光电探测器器偏转到到光电探测器;第四章 强度调
26、制型光纤传感器4.5 折射率强度调制光纤右端有两个相互搭接的反射面，其中底面为全光纤右端有两个相互搭接的反射面，其中底面为全反射面（镀膜而成），斜面反射面与折射率为的介反射面（镀膜而成），斜面反射面与折射率为的介质接触，调节斜面反射镜的角度使纤芯光经反射后质接触，调节斜面反射镜的角度使纤芯光经反射后能垂直入射到全反射面上，则纤芯光入射到斜反射能垂直入射到全反射面上，则纤芯光入射到斜反射面时能够部分地透射到的介质中去面时能够部分地透射到的介质中去;光波在入射平面上的光强分配由光波在入射平面上的光强分配由菲涅尔公式描述菲涅尔公式描述212221222cossincos(sin)nRn2122221
27、2222cossincos(sin)nnRnn式中，式中，R为平行偏振方向的强度反射系数，为平行偏振方向的强度反射系数，R为垂为垂直偏振方向的强度反射系数；直偏振方向的强度反射系数；n=n3n1，为入射光为入射光波在界面上的入射角。波在界面上的入射角。第四章 强度调制型光纤传感器4.5 折射率强度调制当光波以大于临界角（当光波以大于临界角（）的角入射到的角入射到n1、n3介质的界面上时，若介质的界面上时，若n3介介质由于压力或温度的变化引起质由于压力或温度的变化引起n3微小变化，微小变化，则会导致反射系数的变化，从而导致反射光则会导致反射系数的变化，从而导致反射光强的改变。强的改变。31arc
28、sinarcsincnnn应用应用：温度或压力传感器。：温度或压力传感器。反射式强度调制反射式强度调制透射式强度调制透射式强度调制光模式强度调制光模式强度调制折射率强度调制折射率强度调制光吸收系数强度光吸收系数强度 调制调制等等内调型内调型外调型外调型（传光型或非功能型）（传光型或非功能型）（传感型或功能型）（传感型或功能型）第四章 强度调制型光纤传感器4.6 光吸收系数强度调制n 利用光纤的吸收特性进行强度调制利用光纤的吸收特性进行强度调制原理：原理：辐射引起光纤吸收损耗增加，输出功率下降辐射引起光纤吸收损耗增加，输出功率下降 敏感源：敏感源：x 射线射线、射线射线、中子射线中子射线特点：特
29、点：灵敏度高灵敏度高 、线性范围大、有线性范围大、有 记忆记忆 性性 第四章 强度调制型光纤传感器4.6 光吸收系数强度调制n 利用光纤的吸收特性进行强度调制利用光纤的吸收特性进行强度调制应用：应用：改变光纤材料成分可对不同的射线进行测量。改变光纤材料成分可对不同的射线进行测量。例如铅玻璃光纤对例如铅玻璃光纤对X、射线和中子射线特别灵敏，射线和中子射线特别灵敏，并且这种材料的光纤在小剂量射线照射时，具有并且这种材料的光纤在小剂量射线照射时，具有较好的线性，可以测量射线的辐射剂量。较好的线性，可以测量射线的辐射剂量。既可用于卫星外层空间剂量的监测，也可用既可用于卫星外层空间剂量的监测，也可用于核
30、电站、放射性物质堆放处辐射量的大面积监于核电站、放射性物质堆放处辐射量的大面积监测。测。第四章 强度调制型光纤传感器4.6 光吸收系数强度调制n 利用半导体的吸收特性进行强度调制利用半导体的吸收特性进行强度调制发生本征吸收的条件：发生本征吸收的条件：ggghchEE产生本征吸收的条件半导体的本征吸收：半导体的本征吸收：当一束光经过半导体时，低当一束光经过半导体时，低于某波长于某波长 的光被半导体吸收而高于该波长将透过的光被半导体吸收而高于该波长将透过半导体。半导体。g称为称为半导体的本征吸收波长半导体的本征吸收波长g光子能量必须大于半导体的禁带宽度光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg，即：，即
31、：第四章 强度调制型光纤传感器4.6 光吸收系数强度调制 gt第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术 由于采用光强信号变化作为信息的载体，反射由于采用光强信号变化作为信息的载体，反射式强度调制光纤传感器不可避免地要受光源功率波式强度调制光纤传感器不可避免地要受光源功率波动、光纤传输损耗变化、光电探测器的特性漂移以动、光纤传输损耗变化、光电探测器的特性漂移以及环境杂散光等因素的影响。所以，要想获得高精及环境杂散光等因素的影响。所以，要想获得高精度和高稳定性的测量，必须采取有效措施克服这些度和高稳定性的测量，必须采取有效措施克服这些因素对测量的影响。因素对测量的影响。基
32、本思想：通过参考光路引进参考信号，基本思想：通过参考光路引进参考信号，以补偿非传感因素引起的光强变化。以补偿非传感因素引起的光强变化。第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法基本思想基本思想：在传感器中采用不同波长的两：在传感器中采用不同波长的两个光源，这两个波长不同的光信号在传感个光源，这两个波长不同的光信号在传感头中受到不同的调制，对它进行一定的信头中受到不同的调制，对它进行一定的信号处理，就可达到系统补偿的目的。号处理，就可达到系统补偿的目的。第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双
33、波长补偿法由光源由光源S1和和S2分别发出波长为分别发出波长为1和和2的单色光，并的单色光，并在传感头在传感头SH处受到不同调制，再由探测器处受到不同调制，再由探测器D1和探和探测器测器D2接收。接收。双波长补偿法光路图双波长补偿法光路图第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法设设D1接受光强信号为接受光强信号为I1，D2接受光强信号为接受光强信号为I2，则，则111121IS L M L D221222IS L M L DS为光源输出功率，为光源输出功率，L为光纤透过率，为光纤透过率，M为传感头对为传感头对光信号的强度调制函数光信号的
34、强度调制函数，D为探测器的灵敏度。为探测器的灵敏度。第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法设设D1接受光强信号为接受光强信号为I1，D2接受光强信号为接受光强信号为I2，则，则111121IS L M L D221222IS L M L D222111S D MRS D M补偿后的输出为补偿后的输出为 优点：优点：消除了光纤传输损耗对测量结果的影响；消除了光纤传输损耗对测量结果的影响；不足：不足：无法消除光源波动和探测器特性漂移的影响无法消除光源波动和探测器特性漂移的影响 第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿
35、技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法改进型改进型目的：目的：为了消除光源波动和探测器特性漂移的影响为了消除光源波动和探测器特性漂移的影响 基本思想基本思想：在光源：在光源S S和传感头和传感头SHSH之间增加了一个之间增加了一个X X形形光纤耦合器光纤耦合器C C，以便监测光源功率的波动起伏，再用，以便监测光源功率的波动起伏，再用分时的方法监测分时的方法监测S1S1和和S2S2的信号。的信号。第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法改进型改进型四个探测信号四个探测信号111121111222222122,RRMMRRMMID C SID
36、 L M LC SID C SID L M LC SC1、C2为为X形光纤耦合器分别对波长形光纤耦合器分别对波长1和和2的透过的透过率率 第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法改进型改进型四个探测信号四个探测信号111121111222222122,RRMMRRMMID C SID L M LC SID C SID L M LC S补偿后的输出为补偿后的输出为 122211RMRMI IMRI IM优点：优点：可消除光源功率波动、光纤传输损耗变化、光电探可消除光源功率波动、光纤传输损耗变化、光电探测器的特性漂移等影响因素引起的误差，输
37、出信号测器的特性漂移等影响因素引起的误差，输出信号由强度调制函数由强度调制函数M唯一决定；唯一决定；第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术1.1.双波长补偿法双波长补偿法改进型改进型四个探测信号四个探测信号111121111222222122,RRMMRRMMID C SID L M LC SID C SID L M LC S补偿后的输出为补偿后的输出为 122211RMRMI IMRI IM不足：不足：无法消除由两光源光谱特性的变化、无法消除由两光源光谱特性的变化、X型耦合器分型耦合器分光比的变化引起的误差，同时由于双波长光在光纤光比的变化引起的误差，同时由于双波
38、长光在光纤中传输的差异，该方法并不适合远程测量。中传输的差异，该方法并不适合远程测量。第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术2.2.旁路光纤监测法旁路光纤监测法 基本思想基本思想：参考光纤和信号传输光纤的长度相同，：参考光纤和信号传输光纤的长度相同，经过的空间位置也一致，以确保受到相同的环境影经过的空间位置也一致，以确保受到相同的环境影响，只是在传感头响，只是在传感头SHSH处，参考光纤从旁路通过，不处，参考光纤从旁路通过，不受被测量调制。受被测量调制。探测器探测器2光源光源SH探测器探测器1耦合器耦合器第四章 强度调制型光纤传感器4.7 强度调制型光纤传感器的补偿技术2.2.旁路光纤监测法旁路光纤监测法 探测信号探测信号 1122MRISCL MDISCL D补偿后的输出为补偿后的输出为 1122MRIL DRMIL D优点：优点：结构简单，消除光源功率波动的影响结构简单，消除光源功率波动的影响；不足：不足：无法消除光纤损耗、探测器灵敏度漂移等因无法消除光纤损耗、探测器灵敏度漂移等因 素的影响。素的影响。
