浅谈反射式强度型光纤传感器
反射式光纤传感器光纤对强度调制特性分析
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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基于反射式强度调制的光纤温度传感器_马乃兵
*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
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。
多模强度反射式光纤传感器
II
目
录
目
录
1 绪论 ...................................................................................................................................... 1 1.1 光纤概述........................................................................................................................ 1 1.1.1 光纤的构造 ............................................................................................................. 1 1.1.2 光纤的传输原理 ..................................................................................................... 1 1.1.3 光纤的传输特性 ..................................................................................................... 5 1.2 光纤传感器的研究现状................................................................................................ 7 1.3 本文的主要研究内容.................................................................................................... 8 2 基本理论 .............................................................................................................................. 9 2.1 光纤位移传感器............................................................................................................ 9 2.1.1 光纤的构造 ............................................................................................................. 9 2.1.2 反射式光纤位移传感器工作原理 ......................................................................... 9 2.2 光纤压力传感器.......................................................................................................... 15 2.2.1 反射式光纤压力传感器工作原理 ....................................................................... 15 2.2.2 反射式光纤压力传感器检测法的分类 ............................................................... 16 2.2.3 测量误差修正方法 ............................................................................................... 17 2.3 光纤应变传感器.......................................................................................................... 18 2.3.1 光纤应变传感器的分类 ....................................................................................... 18 2.3.2 各种光纤应变传感器的工作原理 ....................................................................... 18 2.3.3 光纤应变传感器的发展趋势 ............................................................................... 23 3 实验 .................................................................................................................................... 25 3.1 辅助实验...................................................................................................................... 25 3.1.1 单模光纤模场直径测量 ....................................................................................... 25 3.1.2 干涉式光纤温度传感器 ....................................................................................... 29 3.2 反射式光纤传感器实验.............................................................................................. 31 致 附 附 谢 .................................................................................................................................... 35 录 1 ................................................................................................................................ 38 录 2 ................................................................................................................................ 47 参考文献 ................................................................................................................................ 36
(完整word版)浅谈反射式强度型光纤传感器.
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。
反射强度调制式光纤声音传感器优化设计与研究
Ｓ ｕ ｙ ａ ｐ ｉ ｉｉ ｇ ｄ ｓｇ ｆｒ ｆｅ ｔｖ ｎ ｅ ｓｔ ｔ ｄ ｎｄ ｏ ｔｍ ｚｎ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｃ ｉ ｅ ｉ ｔ ｎ ｉｙ ｌ
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反射式传感器原理解析
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
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
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。
反射式传感器原理反射式传感器原理
反射式传感器原理反射式传感器原理反射式传感器是一种常用的传感器类型，广泛应用于自动控制系统中。
它通过测量物体与传感器之间的反射光信号来检测物体的位置、形状、颜色等属性。
反射式传感器工作原理简单可靠，其原理基于光电效应和光电传感技术。
工作时，光源发出一束光线，该光线通过透镜或反射装置照射到待测物体上。
如果该物体是白色或反射率较高的物体，它会将一部分光线反射回来。
反射的光线被光电传感器接收，并转化为电信号通过处理电路进行处理。
光电传感器是反射式传感器的核心部件，它通常由光电二极管和光敏电阻等元件组成。
光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件，其内部有PN结，当有光照射到PN结时，会产生光电效应，使得PN结两端产生电压。
这个电压信号可以表示光照的强度，从而反映物体的特性。
处理电路对从光电传感器获取到的信号进行放大、滤波、模数转换等处理，以便后续的数据分析和判断。
处理后的信号可以通过输出端口传送给控制器，从而实现对待测物体进行识别或测量。
1.反射式传感器采用非接触式检测，无需物体与传感器直接接触，避免了传感器和待测物体之间的磨损、摩擦等问题。
2.反射式传感器可以在较长距离上进行检测，具有较高的检测精度和稳定性。
3.反射式传感器能够感知物体的外部属性，如颜色、亮度等。
4.反射式传感器具有较快的响应速度和较低的功耗，适用于高速、高效的自动化生产线。
总之，反射式传感器通过测量物体与传感器之间的反射光信号来检测物体的属性，它的工作原理基于光电效应和光电传感技术。
反射式传感器具有许多优点，适用于多个领域的自动化控制和检测需求。
反射式光纤传感器接收光功率理论分析
反射式光纤传感器接收光功率理论分析李叶芳【摘要】反射式强度型光纤传感器可以有各种不同的结构,而利用被测物做反射面是其中最简单、容易实现的一种.文章从多模光纤组合光场的强度分布着手,推导出了光纤传感器接受光功率与测量距离之间的关系,而测量距离是由反射镜到接收光纤端面之间的长度决定的,其目的是为制作光纤传感器提供理论依据.【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2010(008)006【总页数】3页(P9-10,108)【关键词】反射式强度型光纤传感器;微位移;理论分析;多模光纤【作者】李叶芳【作者单位】大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TP212.14;TN253反射式微位移强度型光纤传感器,因为结构简单、容易设计,在科研、生产及教学实验中获得了应用[1-2]。
反射式微位移强度型光纤传感器的精度与光纤接收光功率的多少有关,大的光纤口径可以接收更大面积的光信号,因此,这种传感器多采用多模光纤制作而成。
对于多模光纤,因为传导了大量模式,会使精确计算光纤中所有导模的相位和振幅变得极端困难。
本文从理论上给出了传感器的接收光功率与反射镜到接收光纤端面距离之间的关系,为进一步精确设计制作光纤传感器提供了理论依据。
如图1所示,反射式微位移强度型光纤传感器由光源、多模光纤、耦合器、反射镜、折射率匹配液以及探测器组成。
光源发出的光经过 2X2耦合器分成两束,一束进入折射率匹配液中衰减掉。
另一束经光纤端面输出到达反射镜 (被测物),反射镜能将光束按原路返回,再经 2X2耦合器分束后,最终到达探测器及计算机。
当被测物受到外界影响使反射镜到光纤端面的距离发生变化时,反射回到光电探测器的光功率就会发生相应的变化,光纤传感器就是根据光功率的变化测出被测量的。
描述反射式微位移强度型光纤传感器的重要参数:(1)光纤传感器中接收的光功率 P;(2)光纤输出端到反射镜 (被测物)之间的距离 Z。
反射式强度型光纤传感器在微小位移精密测量中的应用
１引言位移的精密检测在科研、生产过程中有广泛的应用；反射式强度型光纤传感器不仅能检测微小位移；而且位移测量还是力、压力、流量、振动、加速度等测量的基础，因而可间接检测其他物理量的变化。
光纤传感器是伴随着光纤及通信技术的发展而逐步形成的。
光纤传感器是利用光在光纤中传播特性的变化来调制波导中的光波，使光纤中的光波参量随被测量的变化而改变，从而求得被测信号的大小。
反射式强度型光纤传感器（ＲＩＭ－ＦＯＳ）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。
本文主要通过实验测量定量分析了不同反射率的被测物、光纤对的轴间距对输出的具体影响；因为在实际测量中被测物、光纤对的轴间距是给定的，无法设定，这就需要选定合适的测量点，在这里我们给出了一些定量的参照。
２反射式强度型光纤传感器工作原理光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。
传统传感器是以机－电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。
下面简单地分析光纤传感器光学测量的基本原理。
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器（ＲＩＭ－ＦＯＳ）由光源、发送光纤、接收光纤、反射面以及光电探测器组成。
由于光纤接收的光强信号是与光纤参量、反射面特性、光纤对轴的间距等密切相关的，因而在其它条件不变的情况下，光纤参量直接影响光纤对的光强调制特性，而讨论由发送光纤和接收光纤组成光纤束的光强调制特性是这类传感器应用反射式强度型光纤传感器在微小位移精密测量中的应用李学锋，李保春（山西大学物理电子工程学院，山西太原０３０００６）摘要：简要介绍反射式强度型光纤传感器的工作原理及各组成部分的作用。
反射式传感器原理解析
反射式传感器原理解析反射式传感器是一种常用于测量物体距离和检测物体位置的传感器。
其原理是通过发射器发射的光束，经过反射后被接收器接收，从而实现对物体距离和位置的检测。
本文将对反射式传感器的原理进行详细解析。
一、基本原理反射式传感器由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器发射的光束照射到物体表面后被反射，经接收器接收并转化为电信号，信号处理器对接收到的电信号进行处理，得到物体的距离和位置信息。
二、工作过程1. 光束发射：发射器发射一束光线，一般采用红外线或激光光源。
光束穿过透镜聚焦，形成一个狭窄的光束。
2. 光线反射：光束照射到物体表面后，被物体表面反射。
光束的反射程度取决于物体的光学性质，如表面颜色和材料。
3. 光线接收：反射的光线经过透镜再次聚焦，并被接收器接收。
接收器一般采用光敏二极管或光电二极管，将光信号转化为电信号。
4. 信号处理：接收器将接收到的电信号传输给信号处理器。
信号处理器对电信号进行放大、滤波、数字化等处理，转化为距离和位置的数据。
三、应用领域反射式传感器广泛应用于工业自动化领域和智能设备中。
以下是一些常见的应用场景：1. 距离测量：反射式传感器可以测量物体与传感器之间的距离，常用于自动售货机、停车场入口等场所。
2. 物体检测：通过检测反射光线的强弱，反射式传感器可以实现物体的检测和识别。
如自动门的开关控制、机器人的障碍物避免等。
3. 位置检测：通过测量光束反射时间或信号强度，反射式传感器可以确定物体的位置。
如自动灯控制系统、电梯的楼层识别等。
四、优缺点分析反射式传感器具有以下优点：1. 安装方便：传感器的发射器和接收器集成在一起，安装简单快捷。
2. 适用范围广：适用于各种不同颜色和材料的物体，具有很强的适应性。
3. 成本较低：与其他传感器相比，反射式传感器的成本较低。
然而，反射式传感器也存在一些缺点：1. 受环境影响：光线的散射、吸收和返射等因素会影响测量的准确性。
2. 限制测量距离：反射式传感器的测量距离通常较短，不适用于远距离测量。
反射式光纤传感器原理
四、实验原理
图1是反射式光纤位移测量原理图
图1 反射式光纤位移传感器原理图
光从光源耦合进入输入光纤射向反射面，再被反射回光纤，由探测器接收。
设两根光纤的距离为d ,每根光纤的直径为2a ，数值孔径为NA ，x 是反射器的反射面到输入（输出）光纤断面的距离，设反射面反射率为R 0，输出光纤接收到的光强为I(x),输入光纤输出的光强为I 0，ξ为光源种类及光源跟光纤耦合情况有光的调制参数。
则有：
()()[]
⎪⎭
⎪
⎬⎫⎪⎩
⎪
⎨⎧+-
⋅+=22/32222/300/1exp ])(1[c c tg a x a R tg x I R x I θξθα
ξ 若我们测量小位移时，光源与输入光纤耦合较好，采用准共路光纤，ξ≈0，则上式变形为：
()⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-⋅=2200exp a R I R x I
再对上式展开忽略高阶项，得到：
()c
tg x R a I x I θ220
204=
其中：数值孔径NA=sin(θc ) 且在图中近似得到：
x
R tg c 2=
θ 很显然，图中当d>R 时，即输出（接收）光纤位于反射光光锥之外，两光纤
光纤芯径交界弧线看成是直线。
通过计算得到重叠面积与光纤端面面积之比，即
)]1sin()1()1([cos 1
1α
δαδαδπ
α----
=
- 本实验使用阶跃型光纤，采用准共路方式，与反射器相邻端为光纤传感器探头，它与被测体相距x ，光源发出的光经过光纤传到被测物体再由被测物体反射回来，有另一光纤接收光信号经光电转换器转换成电压，而光电转换器的电压大小与间距X 有关，因此可以用于测量位移。
反射式光纤传感器
系统经实验能够测量油罐内液位0～ 精度± 系统经实验能够测量油罐内液位 ～3m,精度±1% 精度
实例三
采用了两圈接收光纤围绕一根 发射光纤的结构， 、 都是接收 发射光纤的结构，R1、R2都是接收 光纤， 光纤，由于距离信息被多根光纤平 且果取IR2/IR1，此值仅与测量 均，且果取 ， 距离有关，这样降低了信号噪声， 距离有关，这样降低了信号噪声， 可测范围o～ 可测范围 ～1000tun，分辨率超过 ， 0.1um。 。 最大测量距离可以通过调整两圈 接收光纤之间的距离来调节
反射面偏转检测法
由弹性膜片直接作为反射面， 由弹性膜片直接作为反射面，膜片的变形只是带动一个专门的反射 表而产生偏转， 表而产生偏转，从而使接收光强发生变化这种工作方式的最大优点是能 获得很高的灵敏度。但是高频性能往往要降低。 获得很高的灵敏度。但是高频性能往往要降低。
实验测试结果表明, 测量精度达1. 实验测试结果表明 测量精度达 5%FS
实例二
选取大芯径200µm的多模光 的多模光 选取大芯径 按照图示排列,L1、 为两组 纤,按照图示排列 、L2为两组 按照图示排列 探测器发光光路;PD1、PD2 为接 探测器发光光路 、 收器接收反射光光路; 收器接收反射光光路 中间三根为 定位光纤。 定位光纤。
反射式强度调制型光纤传感器
反射式强度调制型光纤传感器，简称 反射式强度调制型光纤传感器，简称RIM-FOS，具有 ， 结构简单、性能可靠、设计灵活、价格低廉等优点 等优点， 结构简单、性能可靠、设计灵活、价格低廉等优点，而 且可适用于位移 转角、应变、压力、振动、温度、 位移、 且可适用于位移、转角、应变、压力、振动、温度、表 等多种物理量的测量。 面粗糙度等多种物理量的测量 面粗糙度等多种物理量的测量。 最早提出RIM-FOS结构并申请专利的是美国的 结构并申请专利的是美国的 最早提出 W.E.Frank和C.D.Kissinger等人和 等人和R.O.Cook等人，他 等人， 和 等人和 等人 们对该类传感器的频率响应 动态范围、线性区间、 频率响应、 们对该类传感器的频率响应、动态范围、线性区间、工 等重要问题取得了具有权威性的研究成果。 作距离等重要问题取得了具有权威性的研究成果 作距离等重要问题取得了具有权威性的研究成果。 国内从二十世纪八十年代始， 国内从二十世纪八十年代始，不少学者也开始关注 RIM-FOS，并进行了广泛而深入的研究。 ，并进行了广泛而深入的研究。
光纤传感器的工作原理与应用研究
光纤传感器的工作原理与应用研究光纤传感器作为一种新型的传感器技术，近年来在物理、化学、生物、医学等领域得到广泛的应用。
本文将介绍光纤传感器的工作原理，并探讨其在不同领域中的应用研究。
一、光纤传感器的工作原理光纤传感器是利用光的传输特性进行测量的一种传感器。
其工作原理主要基于光的衍射、吸收、反射和散射等现象。
1. 反射型光纤传感器反射型光纤传感器是通过测量光的反射来检测被测物理量的变化。
其中，最常见的反射型光纤传感器是光纤光栅传感器。
光纤光栅传感器通过在光纤中引入周期性的折射率变化，使光在光纤中发生衍射，从而实现对物理量的测量。
2. 吸收型光纤传感器吸收型光纤传感器是通过测量光的吸收来检测被测物理量的变化。
例如，利用光纤中某些特殊材料对特定波长光的吸收特性，可以实现对气体浓度、液体浓度等物理量的测量。
3. 散射型光纤传感器散射型光纤传感器是通过测量光的散射来检测被测物理量的变化。
其中，常见的散射型光纤传感器有散射光纤传感器和拉曼光纤传感器。
散射光纤传感器通过测量光在传输过程中的散射光强度变化来实现物理量的测量，而拉曼光纤传感器则是通过测量光在传输过程中的拉曼散射来实现物理量的测量。
二、光纤传感器的应用研究光纤传感器在各个领域中都有广泛的应用研究，下面将以几个典型领域为例进行介绍。
1. 工业领域光纤传感器在工业领域中可用于温度、压力、应变、振动等物理量的测量。
例如，将光纤传感器应用于工业设备的监测与控制中，可以实时监测设备的运行状态，提前发现故障，并及时采取相应的措施。
此外，光纤传感器还可用于工业过程的在线监测，提高生产效率和产品质量。
2. 环境监测光纤传感器在环境监测中具有重要的作用。
例如，通过在地下埋设光纤传感器网络，可以实现地下水位、土壤湿度等指标的实时监测。
此外，光纤传感器还可用于大气污染物的在线监测、水质监测等环境领域的研究。
3. 医学领域光纤传感器在医学领域中的应用主要集中在生物医学成像和生物传感器方面。
反射式光纤传感器在结构健康监测中的应用
反射式光纤传感器在结构健康监测中的应用结构健康监测是一种非常重要的工程技术，因为在建筑、桥梁、水电站、船舶等各种工程中，结构健康状态的监控是必须的，这有助于提高工程设施的安全性和可靠性，减少可能的故障和损坏。
反射式光纤传感技术作为一项新兴的技术，正在逐渐成为结构健康监测领域中的热门技术。
它与传统的振动传感器相比，具有精度高，抗干扰能力强，检测范围广韧性好等优点，能够有效地检测不同类型的结构健康状态，并且可以远程实时监控。
那么反射式光纤传感器是什么以及它是如何工作的呢？反射式光纤传感器是一种利用光模式的变化来感知周围环境的传感器。
传感器主要由光纤和光纤光学部件组成，光纤在传感位置处自环反射，通过相移解调技术可以计算出光纤受到的振动等物理量。
你可以把它看作是一种监测光波是否被振动干扰的技术。
反射式光纤传感器能够监测的物理量主要包括温度、压力、应变、振动等。
在结构健康监测领域，振动是一项非常重要的信息，因为它可以反映出结构的工作状态。
反射式光纤传感器与传统的振动传感器相比，主要有以下几个优点：1.高精度：传统振动传感器是基于电磁感应原理工作的，这意味着传感器可能会受到其他电磁干扰的影响，导致数据不准确。
而反射式光纤传感器使用了光学原理，具有更高的精度和信噪比。
2. 抗干扰能力强：光纤应变传感器可以在高电磁干扰环境下工作，并且不容易受到机械振动、温度等环境因素的影响。
3. 检测范围广：反射式光纤传感器的探测范围非常广泛，可以监测简单、复杂结构的维度，包括桥梁、大厦、隧道、水坝、风力发电机塔等。
4. 耐用性佳：反射式光纤传感器由特殊材料制成，具有很高的耐用性和韧性，可以在恶劣环境下进行长时间稳定的工作。
反射式光纤传感器在结构健康监测中的应用已经取得了一些进展。
例如，在建筑领域中，反射式光纤传感器可以用于监测房屋的振动、倾斜以及变形情况，这对建筑物的安全性非常重要。
在桥梁领域，反射式光纤传感器可以用于检测桥梁的应力和振动，有助于及早发现桥梁的危险和故障。
反射式传感器原理
反射式传感器原理反射式传感器是一种常见的光电传感器，广泛应用于工业自动化、机器人技术以及智能设备中。
它通过利用被测物体对光的反射来检测物体的存在或其他特征。
本文将详细介绍反射式传感器的原理，并探讨其工作方式、应用领域以及优缺点。
一、原理概述反射式传感器由光源、接收器和处理电路组成。
它利用光源将光束发射到被测物体上，并通过接收器接收反射回来的光。
根据接收到的光强度或其他特征，传感器能够判断物体是否存在、距离、颜色等信息。
二、工作方式反射式传感器的工作方式可以分为直接反射和间接反射两种。
1. 直接反射：在直接反射模式下，光源和接收器位于同一侧，光束直接照射到被测物体上，并从相同的方向接收反射回来的光。
当物体存在时，反射回来的光将被接收器接收到；当物体不存在时，接收器将无法接收到光。
通过检测接收到的光强度变化，传感器可以判断物体的存在与否。
2. 间接反射：在间接反射模式下，光源和接收器位于不同的位置。
光源发射的光射向被测物体，并经过反射后到达接收器。
当物体存在时，反射回来的光将被接收器接收到；当物体不存在时，接收器将无法接收到光。
通过检测接收到的光强度变化，传感器可以判断物体的存在与否。
三、应用领域反射式传感器广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的应用案例：1. 自动门系统：反射式传感器可用于自动门系统中，通过检测门前是否有物体来判断是否开启门。
当有人经过门前时，被测物体会反射回光线，传感器通过接收返回的光线来感知人员的存在。
2. 工业自动化：在生产线上，反射式传感器可以用于检测物体的存在、位置和颜色等信息，以实现自动化生产。
例如，在装配线上，传感器可以检测零件的位置并进行自动拧紧。
3. 印刷检测：反射式传感器可以用于印刷行业中的检测任务。
通过检测印刷品表面的反射光，传感器可以判断是否存在缺陷、色差或其他质量问题。
四、优缺点反射式传感器具有以下优点：1. 安装方便：传感器只需安装在被测物体的一侧，不需要在物体另一侧安装接收器，安装简便。
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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
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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
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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。