光纤传感实验仪的应用
第27卷第1期
2000年1月
应用
AppliedScienceandTechnology
Vo1.27.NO.1
Jan.,2000
一
f)
光纤传感实验仪的应用
殷晓华,刘志海『赵文辉:,姜宇
(I哈尔滨市电信局,黑龙江哈尔滨15~01;2哈尔滨
大学物理系,黑龙江哈尔滨15~01)
摘要:光在光纤中传输,光纤易受外界环境因素的影响,如温度,压力,电场,磁场等环境
的变化将引起光波量如光强度,相位,频率,偏振态等的变化,通过这些量的变化.就可以知
道导致这些光波量变化的位移,温度,压力,电磁场等物理量的大小.光纤传感实验仪就是
在光纤传感领域中的光纤透射技术,反射技术及微弯损耗技术等基
本原理的基础上开发而
成的,可用于光源特性测试,光纤反射,透射特性测试.位移,温度,压力,
杨氏模量及固体热
胀系数等物理量的测试.
:
0引言
舌驴丸先竹街锯
光纤传感技术是伴随着光导纤维及光通信
技术的发展而逐步形成的在光通信系统中光纤
用作远距离传输光波信号的介质.但是,在实际
光传输过程中,光纤易受外界环境因素的影响,
如温度,压力,电场,磁场等环境的变化将引起光
波量如光强度,相位,频率,偏振态等的变化,通
过这些量的变化,就可以知道导致这些光波量变
化的位移,温度,压力,电磁场等物理量的大小.
光纤传感实验仪就是在光纤传感领域中的
光纤透射技术,反射技术及微弯损耗技术等基本
原理的基础上开发而成的,由光纤传感实验仪主
机,LED光源,发射光纤,PIN光电探测器,接收
光纤,三维微位移调节器,反射器,微弯变形器等
组成的实验系统如图1所示
维微位穆
lLED光源P一,特性曲线测试
,
发光二极管简称LED,是目前比较常用的
半导体光源.它的输出光功率(P)随驱动电流
(,)的变化而变化.因此测量LED光源的尸一,
特性曲线具有重要的理论意义和工程应用意义.
1)取出发射一接收光纤,将光源端与LED
光源的插接座相连.探测器端与PIN探测器的插
接座相连;
2)接通电源,LED驱动电流显示窗上将指
示出LED的驱动电流值(单位:mA)调整电流
调节旋钮使电流达到最小;
3)每隔5mA,对应记录下经光电转换放大
后的输出电压值(单位:mV),此电压值正比于
光输出功率.测得的曲线如图2.
章
莲
斟
督
驱动电流ruA
图2光纤输出功率随驱动电流变化曲线
2光纤纤端光场分布的测试
图i光纤传感实验仪示意图
光纤传感实验仪采用了强度型光纤传感的随着光通信技术的发展,派生出了光纤传感
方式,通过不同的实验装置构成各式传感器,从技术及光纤传感器的应用.就外部调制型光纤传
而测量各种不同物理量.感器而言,如反射接收型,直接入射型,光闸型
收稿日期:1999—10—04
作者简介:殷晓华(1964一),女,山东黄县人,暗尔滨市电信局工程师,主要研究方向:通讯网络.
第1期刘志海等:光纤传感实验仪的实用确良’13
等,一般由人射光源光纤,调制器件及接收光纤
组成而接收光纤所收集到的光强随外界物理扰
动而变化,其光强响应特性曲线是这类传感器的
依据,大多与光纤出射的光场相关.因
而,光纤出射光场的场强分布对于这类传感
器的
和设计至关重要通常人射光纤不
动而接收光纤可以作纵(横)向位移这样接
收光纤的输出光强被其位移调制.
光纤纤端光场的分布是反射式光纤传感
实验的基础.通过纤端光场的分布的测量可
以给使用者以直观的印象,并且对光纤传光
特性有一定的定性和定量的掌握同时,它的
测量涉及到光纤传感器的设计,使用
等
基本问
,具有重要意义.
1)将光源光纤卡在纵向微动调节架上,
将探测光纤卡在横向微动调节架上,并使两
光纤探头问距调到约lmm左右;
2)接通电源,将LED驱动电流调到指定
电流;
3)调整横向微动调节旋钮和光纤卡具
并观察电压输出使之输出最大,此时可认为
人射光纤和出射光纤已对准;
4)调整纵向微动调节架,将探测光纤推
进到与光源光纤即将接触的位置记录下螺旋
测微器的读数,然后将纵向微动调节架向相
反的方向旋转0.5mill(两光纤探头的间距)
停止;
5)沿某一方向旋转横向微动调节架,直
至输出电压为零,再向相反的方向旋转一点,
记录螺旋测微器的读数,继续向该方向旋转,
每转过5个小格记录电压输出值,直至电压
再次变为零;
6)将两光纤探头的间距调到1.0mm,重
复步骤5;
7)在同一坐标纸上作出两条曲线如图3.
0.8
—
0.7
0.6
0.5
04
0.3
0?2
0—1
0
.
广——?]
,’,1::
,\
,,
,,…,,
.,
二,,一
00.10.20.30.40.5
横向距离IAnm
图320O?m芯径光纤出射光场的横向分布
用类似方式可以测得光纤出射光场的轴
向分布,如图4所示.
5.5
ar’-
4
5
.
.
5
0
4.0
摇3,5
3.0
删2.5
05
0
纵向距离I/ram
图42o0m芯径光纤出射光场的轴向分布
3反射式光纤位移传感器
同样,用光纤传感实验仪也可以构成反
射式光纤微位移传感器,用以测量多种可转
换成位移的物理量,如压力,温度,杨氏模量,
固体的热膨胀系数等等.
光纤传感技术是一门新兴的物理应用技
术,它在通信,石油,化工检测以及各种物理
量测量方面具有许多独特的优点,有广阔的
应用前景.通过增设光纤传感实验,将这一现
代光学新技术进行广泛的普及和渗透,不仅
丰富了大学物理的教学内容,而且拓宽了学
生的知识面,对于工科院校学生视野的开阔,
学习兴趣的提高具有重要的作用.反过来,可
以进一步调动学生学习大学物理的积极性,
同时对于引导学生迅速进人工程应用的前沿
领域也有良好的导向作用.
参考文献
【l】苑立渡.光源与纤端光场【J]_光通信技术,1994,
l8f11:54—64.
f2]苑立渡.调制方式及其理论分析方法【J1光通信
技术,1994,18(2):143—165
【3】张志鹏,GamblingWA.,光纤传感器原理[M].北
京:中国计量出版社,1991.
[4】苑立波光纤复合压力计[J1.光通信技术.1992,
16《1):52—55.
【5】苑立渡.补偿技术及其机理分析【J1.光通信技术,
1995,19《1):56—826
【7】杨军.光纤传感实验仪用于金属丝杨氏弹性模
量的测量【c1.全国工科物理实验教学现代化研
讨会论文集,1999.
『8]刘志海.用光纤传感实验仪测量固体线嘭胀系数
[C1.全国工科物理实验教学现代化研讨会论文
集,1999.