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光纖位移傳感器仿真2

作者: 時間:2012-09-10 來源:網絡 收藏
(2)光信號解調

讀數器(信號調理器)的作用是對送回的光信號進行解調,從中解算出信號,以上過程可以用圖4表示。
讀數器中附帶了白光光源,從多模返回的光經過柱狀透鏡變為平行光,會投射在TFFI干涉儀的傾斜面上,而TFFI的下表面緊貼了一個對光強敏感的 CCD。如圖5所示,假設單色光均勻照射在光楔的上表面,則在x方向的每一點,光楔上下表面的反射光會形成干涉,而下表面透射的光被CCD所檢測。

光纖位移傳感器仿真2
這里假設解調用的TFFI干涉儀結構與中的完全相同,即取自同一批次的產品,這樣可以消除由于光楔形位公差對測量結果的影響。
給解調干涉儀輸入圖3所示的調制光信號。為簡單起見,這里只考慮其中光強極大值對應的波長。這些波長形成的干涉結果在CCD的長度方向上進行矢量疊加,由 于是白光干涉,所以疊加的次數越多,CCD上得到的干涉條紋越細銳。Matlab下的仿真結果如圖所示。

光纖位移傳感器仿真2
根據仿真結果,CCD在長度為12.5mm的位置上的光強值恰好為最大,與傳感器中處于光楔的中心位置時(x=12.5mm)正好對應。

在傳感器為S時,光干涉強度最大的光波在讀數器的Fizeau干涉儀上也是干涉最大,所以分析CCD上光強最大點的所在坐標位置x=Smax,就可以得到傳感器的絕對位置S=Smax。

二、 性能特點

根據前面的分析和有關資料,白光傳感器可以測量絕對位置,它具有如下特點:

(1)使用白光二極管光源而不是激光光源,因此不需要激光二極管所必須的預熱時間和恒溫控制,降低了對光源穩定性的要求,而且白光LED的壽命也比激光二極管LD長得多;

(2)傳感器和讀數器內部使用了結構相同的楔形薄膜干涉儀TFFI,這樣可以補償TFFI制造誤差帶來的測量誤差,通常在不加任何補償的情況下得到的最大線性誤差為滿量程的0.15%;

(3)TFFI的制造工藝復雜,目前只能提供量程為20mm的位移傳感器,更大尺寸的TFFI制造困難,限制了這種傳感器量程的提高;

(4)這種傳感器本質上是利用光楔上下表面的光程差進行工作的,所以它對環境的震動和的參數變化不敏感。光楔(TFFI)一般選用對溫度不敏感的材料制造,傳感器中無透鏡,光纖的安裝不需要嚴格對準,因此它可以在惡劣的環境下工作;

(5)讀數器內可以使用CCD或PSD光探測器,CCD接收到的光強分布可以有多個極值點,但通過合理的結構設計可以保證只有一個最大點,信號處理使用求極大值的算法。

這種傳感器的主要性能指標如表所示:

光纖位移傳感器仿真2

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關鍵詞: 光纖 位移 傳感器

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