一、导言
光纤传感器与传统的各类传感器比较有一系列共同的利益，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路有可挠曲性、结构简略、体积小和重量轻等。所以，光纤传感器现已成为机载光学传感器的必定发展趋势。
加 拿大Roctest公司出产了一种商业用处的光纤位移传感器（Fiber-OpTIc Linear PosiTIon & Displacement Sensor， FO-LPDS），这种传感器运用了Fizeau干与仪解调专利技术（US patent #5202939/#5392117），具有结构简略、精度高和呼应快的利益，现在现已在土木工程范畴得到了成功的运用。本文将具体介绍该种传感器的原理 和用处。
二、 组成结构和作业原理
1、传感器结构
传感器的简略结构如图1所示，其连杆能够水平方向移动，在连杆上固定了薄膜Fizeau干与仪（TFFI），它的具体结构如图2所示。
2、作业原理
（1）光信号调制
实际运用时将传感器与读数器（Demodulator）衔接，读数器中白光二极管光源宣布的光从衔接读数器的光纤的一端入射，传输到衔接Fabry- Perot传感器，再由多模光纤射出，照射在TFFI干与仪（光楔）的外表。当TFFI水平移动时，照点的方位也会不同。光楔上下两个外表都镀有半反射 膜，因而构成了Fabry-Perot腔体。当读数器发射的白光的一部分被第一个半反射镜反射后，其他的白光穿过Fabry-Perot腔体，且再一次被 第二个半反射镜反射回来，两束反射光彼此干与，使得本来入射白光的光谱被调制。
假定光楔的资料是玻璃，取其折射率n=1.6，入射白光二极管波长规模依据文献［1］取为600nm～1750nm。依据图2，光楔上下外表反射光的光程差为2nh，假定光源光谱一切频率光波的振幅皆为a，两束光在相遇点产生干与时的相位差为d，光楔面的反射率为R，透射率为1-R，则组成振幅y为：y=a+aRe-iδ （1）
据欧拉公式e-iδ=cosδ-isinδ，可得：y（t）=a（1+ Rcosδ-iRsinδ） （2）
光强与光波振幅的平方成正比，设光波相遇点的光强度为I，则：
I=y（t）&TImes;y（t）*=a2（1+R2+2Rcosδ） （3）
关于TFFI的某个方位，光楔面的高度为h，不同波长l的光对应的干与相位差δ为：
δ=（2nh/l）&TImes;2p=4pnh/l （4）
光强I的极值为：
I=a2（1+R2+2R） （5）
在 TFFI干与仪中，为了构成光的反射面，需要在光楔的上下外表各镀上一层膜，而镀膜具有必定的厚度，所以镀膜上下外表的反射光将构成干与，会影响丈量结 果。因而，镀膜的厚度应操控在光源中心波长的1/4，例如光源波长为600nm~1000nm，则镀膜厚度为800nm（假定镀膜资料的折射率为1），这 样镀膜上下外表大部分的反射光相位差为180°，强度被衰减。
在图2所示的坐标系中，设入射点距坐标原点的间隔为x，光楔的歪斜视点为a，此刻对应的光楔面高度为h：
h=7+xtga （mm） （6）
tga=18/25000=7.2′10-4
这儿取x=12.5mm=12500mm来核算传感器调制光的强度散布，将x的值代入（6）式可得h=16mm，代入（4）式得到d，再把d代入（3）式即可得到光强I。取光源波长规模0.6mm～1.75mm，光楔镀膜反射率R=0.5，则能够得到如图3所示的光强散布图。
可见，在光源光谱规模内部分波利益产生了有限个干与极大值。明显，在传感器地点的不同方位，TFFI对光源的调制状况是不同的，即干与极大值对应的波长值会产生改变。在波长l较小处，干与极大值的波峰也较密。
（2）光信号解调
读数器（信号调度器）的作用是对传感器送回的光信号进行解调，从中解算出位移信号，以上进程能够用图4表明。
读数器中附带了白光光源，从多模光纤回来的光经过柱状透镜变为平行光，会投射在TFFI干与仪的歪斜面上，而TFFI的下外表紧贴了一个对光强灵敏的 CCD传感器。如图5所示，假定单色光均匀照射在光楔的上外表，则在x方向的每一点，光楔上下外表的反射光会构成干与，而下外表透射的光被CCD所检测。
这儿假定解调用的TFFI干与仪结构与传感器中的完全相同，即取自同一批次的产品，这样能够消除因为光楔形位公役对丈量成果的影响。
给解调干与仪输入图3所示的调制光信号。为简略起见，这儿只考虑其间光强极大值对应的波长。这些波长构成的干与成果在CCD的长度方向上进行矢量叠加，由 所以白光干与，所以叠加的次数越多，CCD上得到的干与条纹越细锐。Matlab下的仿真成果如图6所示。
依据仿真成果，CCD在长度为12.5mm的方位上的光强值刚好为最大，与传感器中光纤处于光楔的中心方位时（x=12.5mm）正好对应。
在传感器位移为S时，光干与强度最大的光波在读数器的Fizeau干与仪上也是干与最大，所以剖析CCD上光强最大点的地点坐标方位x=Smax，就能够得到传感器的肯定方位S=Smax。
三、 功能特色
依据前面的剖析和有关资料，白光位移传感器能够丈量肯定方位，它具有如下特色：
（1）运用白光二极管光源而不是激光光源，因而不需要激光二极管所有必要的预热时刻和恒温操控，降低了对光源稳定性的要求，并且白光LED的寿数也比激光二极管LD长得多;
（2）传感器和读数器内部运用了结构相同的楔形薄膜干与仪TFFI，这样能够补偿TFFI制作差错带来的丈量差错，通常在不加任何补偿的状况下得到的最大线性差错为满量程的0.15%;
（3）TFFI的制作工艺杂乱，现在只能供给量程为20mm的位移传感器，更大尺度的TFFI制作困难，约束了这种传感器量程的进步;
（4）这种传感器本质上是利用光楔上下外表的光程差进行作业的，所以它对环境的轰动和光纤的参数改变不灵敏。光楔（TFFI）一般选用对温度不灵敏的资料制作，传感器中无透镜，光纤的装置不需要严厉对准，因而它能够在恶劣的环境下作业;
（5）读数器内能够运用CCD或PSD光探测器，CCD接收到的光强散布能够有多个极值点，但经过合理的结构设计能够确保只要一个最大点，信号处理运用求极大值的算法。
这种传感器的首要功能指标如表1所示：
四、 定论和展望
选用白光干与原理的光纤方位传感器能够丈量肯定线方位和角位移，并且具有结构简略、精度高，作业温度规模宽和对振荡不灵敏的特色，所以有期望在光传体系中得到运用。现在ATK Aerospace公司的 Thiokol Propulsion喷气推动分部在火箭发动机上现已验证了这种白光干与型线位移传感器，并得到了满足的成果，美国Davidson公司也正在NAVY的先进战舰SC-21上实验这种新式的传感器。
