基于白光干涉的光纤传感技术

小结
白光光纤传感器主要优点如下：
小尺度； 几何形状可变； 本质安全； 高灵敏度； 抗电磁场干扰；
与材料和结构兼容 ； 制作安装方便； 结构简单，低造价 ； 易于多路复用； 传感器长度可变。
3.用于光纤传感测量的光程变量表征方法
施加一个已知的温度和应变在基体结构上
光纤因此产生相关参数（例如光程差）的变化
变化结果通过干涉解调单元（例如迈克尔逊干 涉仪或M-Z干涉仪）的机械位移而解调
得到系统参数
在未知应变施加于基体结构上时，使系统以一 个对应信号作为输出
光纤芯折 射率
光纤传感器的 标称长度
用下标1来表示沿着光纤的z方向，2和3分别表示处于光 纤横向截面内的两个正交的方向x和y，如下图所示：
1983年首次报导其在传感技术中的应用
1984年报导第一个完整的白光干涉技术位移传感系统 1985-1989年，白光干涉原理传感器广泛应用于研究压力、 温度和应变测量
相对于传感干涉仪串接的第二个问询干涉仪对于获得干涉 条纹信息来说是必须的，这个串接的结构将取决于处理干 涉信号的方法，选用分光计还是第二干涉仪的结构，要取 决于频谱分析还是相位分析。
小结
光纤智能结构是指结构中集成了光纤传感器的 遥测系统。
简
通过光纤传感器实现“应Байду номын сангаас”监测；在需要时
介
，也可以进行“温度”的测量。
通常与结构兼容，嵌于结构内部，以便进行监 测；有时也将传感器黏附结构表面。
一种典型的白光光纤应变传感 器由右图给出。
它由一段标准的单模光纤组成 。
L作为传感器的标称长度，应 变测量时通过直接测量这段光 纤的伸长ΔL实现的。
基于白光干涉的光纤传感技术
1.引言 2.白光干涉式光纤传感器的优点 3.用于光纤应变、温度传感测量的光程变量表征方法 4.光纤白光干涉仪 5.基于光纤白光干涉方法的应变、温度测量技术 6.表观应变与温度补偿技术
光
迈克尔逊干涉仪
纤
白
光
干
M-Z干涉仪
涉
技
术
应变 温度
1975年提出原理
1976年在光纤通信领域中实现了可能方案
当参考臂的反射器扫描时， 两臂光程差发生匹配，白光 干涉条纹出现。
反射器前后两次获得白光干 涉中心条纹的位置的差值 （X=X2-X1）与传感器的长度 相对应：X= X2-X1=nL0
单色或者长相干长度 光源干涉
主要困难
仅能实现2π弧度相位 内光程差的测量，超 过此范围，将对应一 个周期性的输出信号
白光干涉仪
干涉条纹信号中主干 涉中央条纹的位置可
被精确判定
物理量
符号 数值
中心波长 1310nm
光谱半宽 （FWHM）
35nm
相干长度 49μm
光谱系数 2.8
相对强度系数 0.37μw/μm
传感臂：光纤光程长S=2nL1 参考臂：光程总和2nL2+2X
调整扫描镜的位置，使传感 臂和参考臂的光程可以发生 匹配，也就是说满足 2nL1=2nL2+2X。
在该位置附近，出现与上图 类似的白光干涉图纹。
其中，零级条纹近似在干涉 条纹的中央，具有最大的振 幅，对应于两臂光程精确相 等处。
传感器两个端面上产生两个 传感信号：一个信号来自于 传感器前端面的部分反射。 这部分反射光通过长度为L0 的传感器。第二个光信号在 传感器的后端面反射。