反射式光强调制型光纤位移传感器的研究及其在数字塞规中的应用

【摘要】：反射式光强调制型光纤位移传感器是最早研制的光纤位移传感器。本文对光纤传感头的受光特性、整个系统的设计方案、信号处理电路、传感器性能实验以及其在数字塞规中的应用五个方面做了较为深入的研究。 首先,介绍了光纤传感器的特点、分类和发展现状,阐述了研究反射式光纤位移传感器的意义。 其次,介绍了反射式光纤位移传感器的工作原理。建立了传感头接收光功率的数学模型,用Matlab和Labview建立仿真系统,分析了其在理想模型下的受光特性,确定了各参数对传感器输出特性影响的规律(如发射光纤芯径、数值孔径,接收光纤的芯径、数值孔径以及两者之间的距离等),为传感器的设计提供了十分有价值的参考。 接着,详细论述了传感器的研制。讨论了在传感头设计中光纤选择和光纤束结构设计的问题。建立了传感器的电压输出模型,根据该模型提出了传感器的补偿结构和补偿算法,用以消除光源波动、光电器件漂移、被测表面反光系数等的影响。 然后,讲述了传感器信号处理电路的设计与实现。重点说明了光发送机和光接收机的结构,光电器件的选择与驱动电路的实现;介绍了差动放大电路和交直流转换电路中几个主要部分芯片的特点,以及外围电路的参数选择;根据