敏感型Fabry-Perot腔高精度光纤角位移传感器研究

【摘要】：对角度的变化进行高精度、大量程、高分辨率的检测是当前工业控制领域自动控制系统中急需要的检测手段之一。由于使用环境的特殊性以及测量精度的需要,现有的角度传感器不能完全满足自动控制系统中所追求的灵敏性和高精度以及对安全等指标的要求,所以研究新型光纤角位移传感器有着重大意义。 通过被测体产生的微小角度变化的物理现象,设法将微小角度变化的物理特性给予真实的转化,而导出的光强与角度呈线性的函数关系,通过光电转换和数据处理将被测体角度的变化量给予量化,这是本课题研究的基本思想。 本课题研究中,充分利用法布里—珀罗谐振腔干涉的基本理论,重点研究被测体角度微小变化的特性,通过试验和验证,有效的将被测体的微小角度变化引发法布里—珀罗谐振腔腔长的变化,对微小的角度变化而引发的光强变化所对应的光信号,进行光电转换、实时采集、快速处理。同时,粗略分析了F-P腔在高反射率和低反射率条件下,多光束干涉与双光束干涉反射光特性及其差异。通过大量的理论分析、模拟试验验证了在非本征F-P干涉系统中,光源的稳定性,外界温度、应力、振动、系统噪声、损耗等因素对传感器主要性能的影响,由此提出光纤角位移传感器结构设计思想和制作工艺以及信号的处理和传感器实用化等问题。 本文还针对光纤传感器整体系统的稳定性、实用性、可靠性等要求,分析了光纤传感器使用的光源,光路上采用的有源及无源器件的基本原理和特点以及输出数据的采集、检测、处理方法,并提出了一些有益建议。