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反射式光纤传感器光纤对强度调制特性分析
隋鑫;徐熙平;徐海峰;孙健;张雷
【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(032)002
【摘要】针对反射式光强调制型光纤传感器的一般实际应用,基于MATLAB采用教值仿真的方法,系统地分析了光纤对轴间距、光纤芯径和光纤数值孔径以及反射面曲率半径对光强调制特性的影响,并逐一总结了这些参量对传感器调制特性的影响规律,从而为该类型传感器的设计提供了理论依据.
【总页数】4页(P220-223)
【作者】隋鑫;徐熙平;徐海峰;孙健;张雷
【作者单位】长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;装甲兵技术学院,控制工程系,长春,130117;长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;装甲兵技术学院,控制工程系,长春,130117;长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;长春理工大学,光电工程学院,长春,130022
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.14
【相关文献】
1.一种反射式光纤传感器的受光特性分析 [J], 李亚非;董树信
2.一种反射式强度调制型光纤传感器的设计与实现 [J], 李叶芳;王晓旭
3.光纤参量对反射式光纤传感器输出特性的影响 [J], 任金坤;李亚非
4.反射式强度调制型光纤传感器调制函数的研究 [J], 吕海宝;颜树华;余志雄;黄锐;王跃科;周卫红
5.反射式光纤传感器强度调制特性的仿真测试系统 [J], 杨华勇;吕海宝;胡永明;孟洲
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*本文受到航空科技基金和江苏省青年科技基金资助。
基于反射式强度调制的光纤温度传感器*马乃兵 骆 飞 孟爱东南京航空航天大学测试工程系 南京:210016 摘 要 本文提出了一种新型的光纤温度传感器结构,并建立了传感器的数字模型,推导出传感器输出光信号与温度的相应关系,最后在实验的基础上得到了输出光信号与温度变化的关系曲线。
关键词 光纤 温度传感器 反射式 强度调制1 引言 由于光纤本身具有电绝缘性能好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中使用等优点而越来越受到人们的重视,各种光纤传感器已相继问世。
光纤温度传感器是近几年发展起来的新技术,也是工业中应用最多的光纤传感器之一[1]。
目前研究的光纤温度传感器主要有辐射温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤荧光温度传感器、光纤液体温度传感器、光纤热色温度传感器、光纤偏振温度传感器、外差干涉温度传感器、干涉型光纤温度传感器、分布式光纤温度传感器等。
所有这些传感器,有的只能应用于某些特殊场合,有的尚处于研究之中,而且基本上都是结构复杂、造价昂贵。
利用双金属片的温度特性制成的光纤温度传感器已有报道,但采用的多是传输型结构。
A .Mencaglia 等人提出的反射型光纤温度传感器采用了透镜-反射镜面结构[2],但其测量范围比较小,这就限制了它的应用场合。
所以研究一种能应用于多种场合、动态范围宽、结构简单、价格低廉的光纤温度传感器具有现实意义。
利用光纤反射式强度调制的机理、双金属片良好的温度特性以及杠杆式千分尺机构的优越性,本文研制了一种结构简单、应用范围广的新型光纤温度传感器。
2 传感机理2.1 传感器的基本结构 传感器的基本结构如图2-1所示。
杠杆式千分尺-活塞机构将双金属片的弯曲转变为镜面的水平微位移(<100L m ,在此范围内,接收到的反射光强与光纤端面和反射镜面之间的距离成线性关系)。
O1、O2、O3为固定轴心,杠杆BD 可以绕O1转动,杠杆式扇齿轮机构的杆端可以绕O2转动,杠杆AO 3与小齿轮固定,可以带动小齿轮绕O 3转动。
反射式光纤位移传感器原理小伙伴，今天咱们来唠唠反射式光纤位移传感器的原理呀。
你看啊，光纤这东西可神奇了呢。
反射式光纤位移传感器就像是一个超级敏感的小侦探，专门用来探测位移的情况。
那它到底是怎么做到的呢？这得从光纤本身说起啦。
光纤就像一条超级细的小管道，里面能让光跑来跑去的。
这个传感器有发射光纤和接收光纤哦。
发射光纤就像一个小光源的发射器，它会发射出光来。
这光就像一个个小小的信使，欢快地朝着目标冲过去。
当这个光打到物体表面的时候，就会发生反射。
就好像光在物体表面玩了个蹦蹦床，一下子又弹回来了。
这时候呢，接收光纤就开始发挥作用啦。
它就像一个小捕手，专门等着捕捉反射回来的光。
如果物体离传感器的距离发生了变化，那反射回来的光的情况也就跟着变啦。
比如说，物体离得近的时候，反射回来的光就比较强。
为啥呢？因为光走的路程短呀，损耗就小，就有更多的光能够回到接收光纤里。
这就好比你在一个小房间里大喊一声，因为距离近，声音回来得就很响亮。
可是呢，如果物体离得远了，光要走的路程就变长了，在这个过程中就会有更多的光被消耗掉，那反射回来被接收光纤捕捉到的光就变少了。
这就像你在一个大广场上大喊，声音传回来的时候就变得很微弱了。
而且呀，这个传感器还能根据接收到的光的强度变化，准确地算出物体到底移动了多少距离呢。
它就像一个聪明的小脑袋，通过分析光的这些变化，就知道物体是靠近了还是远离了，靠近或者远离了多少。
你想啊，在很多地方这个传感器都超级有用呢。
比如说在一些自动化的生产线上，它可以用来检测零件的位置是否准确。
要是零件的位置不对了，传感器就能马上发现，就像一个小监工一样，然后通知机器进行调整。
还有在汽车制造里，它可以检测车门是不是关好了，要是没关好，光的反射情况就不一样，传感器就能告诉汽车系统，然后发出警报，就像一个贴心的小管家。
再说说在一些精密仪器的制造里吧。
那些小零件的位移要求可精确了，反射式光纤位移传感器就能发挥大作用。
它就像一个有着超级视力的小助手，能够精确地感知到哪怕是极其微小的位移变化。
大学物理实验光纤技术专题实验学院班级学号姓名教师张丽梅首次实验时间 2012年9月17日浅谈反射式强度型光纤传感器摘要：本文通过物理实验的经历和收获和查阅相关资料，简要地论述了反射式强度型光纤传感器的工作原理，以及国内外对该类传感器研究现状，指出其存在的问题和解决方法。
关键词：反射式光纤传感器，反射面，强度调制，研究，发展趋势1引言通过光纤技术专题实验，我对光纤的结构和一般性质，光纤的耦合、传输及传感特性有了一定的了解，尤其是在做第三个实验“光纤传感”时，对反射式强度型光纤传感器产生了浓厚的兴趣.通过查阅资料等手段，写下了这篇浅显的论文。
2反射式强度型光纤传感器及其原理反射式强度型光纤传感器（RIM—FOS：Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor）具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点,并已在许多物理量( 如位移、转速、振动等的测量中获得成功应用。
其结构原理如图1。
图2与传统传感器是以机- 电测量为基础相比，，光纤传感器则以光学测量为基础。
从本质上分析, 光就是一种电磁波，其波长范围从极远红外的1nm 到极远紫外线的10nm 。
电磁波的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。
因此，在讨论光的敏感测量时必须考虑光的电矢量E 的振动。
通常用下式表示：E=Asin( ωt+"式中A —电场E 的振辐矢量；ω-光波的振动频率；” —光的相位； t—光的传播时间.由上式可见, 只要使光的强度、偏振态（矢量A 的方向、频率和相位等参量之一随波测量状态的变化而变化, 或者受被测量调制, 那么, 我们就有可能通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位的调制等进行解调，获得我们所需要的被测量的信息.最简单的反射式强度型光纤传感( RIMFOS由光源、发送光纤、接收光纤、反射面以及光电探测器组成. 在图一中S 为光源， D 为检测器。
光源S 发出的光经发送光纤束全反射传播，到达反射面( 被测物，射进入接收光纤束再次全反射传播到达检测器D, 测器D 输出相应的电信号U0。
反射式传感器原理解析传感器是现代科技领域中非常重要的一种设备，其根据特定的物理量或信号变化，将其转化为可用的电信号或者其他形式的输出信号。
在这篇文章中，我们将会深入探讨反射式传感器的原理和工作机制。
一、反射式传感器简介反射式传感器是一种常见的光电传感器，其原理是通过发送和接收光信号来检测目标物体的存在。
这种传感器通常由光源（通常是发光二极管或激光二极管）、光电元件（如光敏二极管或光电二极管）以及信号处理电路组成。
二、工作原理反射式传感器的工作原理主要依赖于光的反射和吸收。
当光线从光源发出并照射到目标物体上时，部分光线会被目标物体反射回到光电元件上。
根据反射光线的强弱，光电元件会产生相应的电信号。
三、光敏元件在反射式传感器中，光敏元件起着关键的作用。
光敏元件能够将接收到的光信号转化为电信号，这些光敏元件通常是光敏二极管或光敏三极管。
光敏元件通过将光能转化为电能，能够实现对目标物体的检测与测量。
四、信号处理电路为了准确地检测和测量反射光线的强弱，反射式传感器通常配备了信号处理电路。
这些电路能够对接收到的光信号进行放大、滤波和处理，以提高传感器的性能并输出可用的电信号。
五、应用领域反射式传感器广泛应用于许多领域，尤其在自动化控制和机器人技术中起着重要作用。
例如，在自动门、自动售货机和工业生产线中，反射式传感器被用来检测物体的存在与否，实现自动控制和操作。
六、优点和局限性反射式传感器具有以下优点：安装方便、响应速度快、精度高、可靠性强等。
然而，反射式传感器在特定环境下也存在一些局限性。
例如，它对目标物体的颜色和表面反射率有一定要求，不适用于黑色或吸收率低的物体检测。
七、总结反射式传感器是一种基于光学原理的传感器，通过发送和接收光信号实现对目标物体的检测与测量。
它在自动化控制和机器人技术中具有广泛的应用，可以实现自动控制和操作。
尽管反射式传感器存在一些局限性，但其优点仍然使其成为许多领域中不可或缺的设备。
反射式光纤位移传感器的工作原理1. 引言嘿，朋友们！今天咱们来聊聊一个挺有意思的东西——反射式光纤位移传感器。
这玩意儿可不是那么简单，听上去就像科幻电影里的高科技设备，其实它在我们生活中可是大显身手哦！比如，咱们的汽车、建筑、甚至是智能手机里，都可能藏着它的身影。
好啦，别着急，我们慢慢来，看看它到底是怎么工作的。
2. 光纤的基本概念2.1 光纤是什么？首先，我们得搞清楚光纤到底是个啥。
简单来说，光纤就像一根细细的玻璃线，可以传递光信号。
想象一下，你在黑暗的隧道里，手里举着一根手电筒，光线能从一个地方照到另一个地方，光纤就是这个“光的隧道”。
它的外面是一层透明的材料，里面则是核心部分，光线在这根光纤里来回反射，像个迷宫一样，不容易逃出去。
2.2 为什么用光纤？那么，为什么咱们要用光纤而不是其他材料呢？很简单，光纤传递信息快得不得了，损耗低，抗干扰能力强。
想想你在网络上下载电影的速度，光纤可是贡献了一大半的功劳哦！而在位移传感器中，光纤的这些特性更是无可替代。
3. 反射式光纤位移传感器的工作原理3.1 工作机制好啦，接下来我们进入正题，看看这个反射式光纤位移传感器是怎么工作的。
它的工作原理其实很简单，基本上就是利用光的反射特性。
你知道的，光在碰到不同的物体时，会有反射、折射等现象。
这个传感器就利用了光在物体表面反射的特性。
我们把光发射到物体上，然后再测量反射回来的光。
通过这些反射光的强度变化，咱们就能得出物体的位移情况。
3.2 位移的测量具体来说，传感器发出的一束光射向目标物体，物体表面的形状、位置、材料等都会影响光的反射强度。
如果物体的位置发生了变化，光的反射强度就会变化。
通过传感器内部的处理电路，咱们可以将这些变化转化为实际的位移数据。
简单说，就是“光线有变，位移可知”，这不就是个绝妙的主意吗？4. 应用领域4.1 日常生活反射式光纤位移传感器的应用可谓是无处不在。
比如，在工业生产中，它可以帮助监测机器的运行状态，避免出现意外故障。
反射式传感器原理反射式传感器是一种常用的传感器，它通过检测物体与传感器之间的反射光信号来实现物体的探测。
本文将介绍反射式传感器的工作原理、应用领域以及一些相关的技术细节。
一、工作原理反射式传感器主要由发射器和接收器组成。
发射器发射一束光，通常是红外光。
当物体出现在传感器的工作范围内时，光束会被物体反射，并由接收器接收。
接收器将接收到的光信号转换为电信号，并经过处理后判断是否有物体存在。
具体来说，反射式传感器利用光的反射原理。
当传感器周围没有物体时，光束会一直直线传播直到遇到接收器，返回的光信号很强。
当有物体出现在传感器前方时，光束被物体反射，返回的光信号减弱。
传感器通过检测接收到的光信号的强度来判断是否有物体存在。
二、应用领域反射式传感器在工业和日常生活中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 自动门控制：反射式传感器可以用于自动门的控制，当有人或物体靠近门口时，传感器检测到物体的存在并触发门的打开或关闭。
2. 输送带物体检测：在生产线上，反射式传感器可以用于检测物体在输送带上的位置和存在。
当物体经过传感器时，信号的变化可以用来控制输送带的速度或停止。
3. 电子设备控制：反射式传感器可以用于智能手机和平板电脑等设备的自动亮度调节功能。
当设备感应到周围环境变暗时，传感器会触发调节亮度的操作。
4. 避障系统：反射式传感器可以用于机器人和无人驾驶车辆等系统的避障功能。
传感器检测到前方有物体时，系统将采取相应的措施来避免碰撞。
三、技术细节在选择和使用反射式传感器时，需要考虑以下几个技术细节：1. 适应距离：反射式传感器通常具有一定的适应距离范围。
需要根据具体的应用场景来选择适合的传感器，确保距离范围能够满足需求。
2. 强光抑制：在一些特殊环境下，存在强光的干扰，可能会影响传感器的正常工作。
一些高级反射式传感器具有强光抑制功能，能够在强光环境下准确探测物体。
3. 反射面要求：一些反射式传感器对反射面的要求比较严格。
反射式传感器的原理及应用1. 引言反射式传感器是现代科技领域中常见的一种传感器类型。
它采用光学原理来检测物体的存在、位置或者距离。
本文将介绍反射式传感器的工作原理以及其在各个领域中的应用。
2. 反射式传感器的工作原理反射式传感器由光源、接收器和信号处理单元组成。
其工作原理基于光的反射和接收原理。
•光源：反射式传感器中常用的光源为红外线发射器。
红外线可以穿透空气，并在与物体接触时产生反射。
•接收器：接收器通常使用光敏电阻器（LDR）或光敏二极管（Photodiode）作为光信号的接收元件。
当红外线被物体反射后，接收器会将接收到的光信号转化为电信号。
•信号处理单元：信号处理单元负责接收和处理接收器产生的电信号。
通过分析电信号的强度，信号处理单元能够确定物体的存在、位置或者距离。
3. 反射式传感器的应用反射式传感器在工业生产、自动化控制和机器人技术等领域有广泛的应用。
3.1 工业生产反射式传感器可以用于检测物体是否到达指定位置，以实现自动化的生产线控制。
例如，在流水线上，通过放置一个反射式传感器来检测已经加工完毕的产品，从而触发下一步的工艺操作。
3.2 自动化控制在自动化控制领域，反射式传感器被广泛应用于自动门、电梯和自动灯光等设备中。
通过检测人员或物体的存在，反射式传感器能够触发开关或切换设备状态，提高自动化系统的智能化程度。
3.3 机器人技术反射式传感器在机器人技术中起着重要作用。
它可以帮助机器人识别和定位目标，实现自主导航和避障功能。
通过连续地发送和接收红外线信号，机器人可以感知周围环境，并根据反馈信息做出相应的动作。
4. 反射式传感器的优缺点反射式传感器具有以下优点和缺点：4.1 优点•灵活性高：反射式传感器可以应用于多种环境和场景中，不受物体的材质影响。
•灵敏度高：反射式传感器能够探测到微小的物体或者物体的移动。
•成本低：与其他传感器相比，反射式传感器的成本相对较低。
4.2 缺点•受环境干扰：由于光传播路径中可能存在其他光源或物体的干扰，反射式传感器在某些情况下可能出现误判。
大学物理实验
光纤技术专题实验
学院
班级
学号
姓名
教师张丽梅
首次实验时间2012年9月17日
浅谈反射式强度型光纤传感器
摘要：本文通过物理实验的经历和收获和查阅相关资料，简要地论述了反射式强度型光纤传感器的工作原理，以及国内外对该类传感器研究现状，指出其存在的问题和解决方法。
关键词：反射式光纤传感器，反射面，强度调制，研究，发展趋势
1引言
通过光纤技术专题实验，我对光纤的结构和一般性质，光纤的耦合、传输及传感特性有了一定的了解，尤其是在做第三个实验“光纤传感”时，对反射式强度型光纤传感器产生了浓厚的兴趣。
通过查阅资料等手段，写下了这篇浅显的论文。
2反射式强度型光纤传感器及其原理
反射式强度型光纤传感器（RIM-FOS:Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor）具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点，并已在许多物理量
( 如位移、转速、振动等) 的测量中获得成功应用。
其结构原理如图1。
图2
与传统传感器是以机- 电测量为基础相比,，光纤传感器则以光学测量为基础。
从本质上分析, 光就是一种电磁波, 其波长范围从极远红外的1nm 到极远紫外线的
10nm。
电磁波
的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。
因此, 在讨论光的敏感测量时必须考虑光的电矢量E
的振动。
通常用下式表示:E=Asin( ωt+")
式中A—电场E 的振辐矢量; ω—光波的振动频率;"—
光的相位; t—光的传播时间。
由上式可见, 只要使光
的强度、偏振态( 矢量A的方向) 、频率和相位等参量
之一随波测量状态的变化而变化, 或者受被测量调制, 那么, 我们就有可能通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位的调制等进行解调, 获得我们所需要
的被测量的信息。
最简单的反射式强度型光纤传感
( RIMFOS)由光源、发送光纤、接收光纤、反射面以及
光电探测器组成.在图一中S 为光源, D 为检测器。
光
源S 发出的光经发送
光纤束全反射传播, 到达反射面( 被测物) , 射
进入接收光纤束再次全反射传播到达检测器D,
测器D 输出相应的电信号U0。
U0=f( d)
在光纤芯半径r、光纤的数值孔径NA、反射面、
检测器已确定情况下, 输出电压U0 只是位移d 的函数。
所以通过分析输出电压U0, 可以得到相应位移d的数值, 这样可以实现非接触微小位移的精密测量。
光纤传感器测量工作过程如下: 光源发出的光耦
合到入射光纤, 光在光纤中传输到光纤另一端并发射
出去, 光在千分尺测量端面被反射回来并由反射光纤
传输出去照射到光敏三极管上, 光敏三极管将光量变
为电量输出, 经过放大显示在数字电压表或示波器上。
输出量的大小与反射光量大小成正
比, 而反射光量的大小又与光纤出射端面距千分尺测
量端面远近成正比。
3反射式强度型光纤传感器的存在的问题和解决方法反射式强度型光纤传感器对光源、光纤以及其它系统元件存在的特性变化非常敏感，光信号通道中被传输的光强很容易受到外界因素干扰而发生变化，从而引起较大的测量误差。
这种光纤传感器的主要缺点是广元的不稳定直接导致整个传感器输出的不稳定，造成位移测量误差。
另外，反射体表面反射率不同，以及光线在光纤中传输消耗（包括本征损耗和弯曲损耗）的改变都会造成影响。
因此，在测量精度和稳定性要求较高的情况下，工业上实用化传感器的设计必须采用某种形式的
补偿，以减小或消除上述因素带来的影响。
随着科学技术的日益发展，更多的高精度、更专业的反射式强度型光纤传感器已被人们研制出来。
近来就有人提出并研究了一种等间距排列三光纤强度补偿反射式光纤位移传感器，其探头结构如图2，这种光纤探头无间隙紧密排列，光纤尺寸相同，容易做成带状，省去了各种光纤间距的调整。
其间距大小仅有光纤芯径和包层厚度来决定。
反射面到光纤端面的距离最终通过两相邻接受光纤光强信号的比值来确定，这种传感器也能自动补偿光源强度和反射面反射率变化对测量精度的影响。
使其输出特性只敏感于光纤探头与反射体之间的距离，从而实现对位移的精密测量。
4结束语
通过实验收获了经验和技能，通过写论文查找资料则对反射式强度型光纤传感器加深了了解。
参考文献
1刘迎春, 等.现代新型传感器原理与应用[M].北京:
国防工业出版社, 1998.
2吕海宝, 等.反射式光纤传感器光纤对输出特性的数
学模型[J].光电工程, 1998, 25( 5) : 16- 25.
3徐涛, 等.一种强度补偿反射式光纤传感器的研究[J].国防科技大学学报, 2000, 22( 6) : 109- 112
4李学金，张百钢，姚建铨，等．一种光纤压力传感器的设计理论分析［Ｊ］．传感技术学报，２００４，１７（１）：１３３-１３５。
