光纖位移傳感器仿真2

讀數(shù)器（信號調(diào)理器）的作用是對傳感器送回的光信號進行解調(diào)，從中解算出位移信號，以上過程可以用圖4表示。
讀數(shù)器中附帶了白光光源，從多模光纖返回的光經(jīng)過柱狀透鏡變?yōu)槠叫泄猓瑫渡湓赥FFI干涉儀的傾斜面上，而TFFI的下表面緊貼了一個對光強敏感的 CCD傳感器。如圖5所示，假設(shè)單色光均勻照射在光楔的上表面，則在x方向的每一點，光楔上下表面的反射光會形成干涉，而下表面透射的光被CCD所檢測。

這里假設(shè)解調(diào)用的TFFI干涉儀結(jié)構(gòu)與傳感器中的完全相同，即取自同一批次的產(chǎn)品，這樣可以消除由于光楔形位公差對測量結(jié)果的影響。
給解調(diào)干涉儀輸入圖3所示的調(diào)制光信號。為簡單起見，這里只考慮其中光強極大值對應(yīng)的波長。這些波長形成的干涉結(jié)果在CCD的長度方向上進行矢量疊加，由 于是白光干涉，所以疊加的次數(shù)越多，CCD上得到的干涉條紋越細銳。Matlab下的仿真結(jié)果如圖所示。

根據(jù)仿真結(jié)果，CCD在長度為12.5mm的位置上的光強值恰好為最大，與傳感器中光纖處于光楔的中心位置時（x=12.5mm）正好對應(yīng)。

在傳感器位移為S時，光干涉強度最大的光波在讀數(shù)器的Fizeau干涉儀上也是干涉最大，所以分析CCD上光強最大點的所在坐標(biāo)位置x＝Smax，就可以得到傳感器的絕對位置S＝Smax。

二、 性能特點

根據(jù)前面的分析和有關(guān)資料，白光位移傳感器可以測量絕對位置，它具有如下特點：

（1）使用白光二極管光源而不是激光光源，因此不需要激光二極管所必須的預(yù)熱時間和恒溫控制，降低了對光源穩(wěn)定性的要求，而且白光LED的壽命也比激光二極管LD長得多；

（2）傳感器和讀數(shù)器內(nèi)部使用了結(jié)構(gòu)相同的楔形薄膜干涉儀TFFI，這樣可以補償TFFI制造誤差帶來的測量誤差，通常在不加任何補償?shù)那闆r下得到的最大線性誤差為滿量程的0.15%；

（3）TFFI的制造工藝復(fù)雜，目前只能提供量程為20mm的位移傳感器，更大尺寸的TFFI制造困難，限制了這種傳感器量程的提高；

（4）這種傳感器本質(zhì)上是利用光楔上下表面的光程差進行工作的，所以它對環(huán)境的震動和光纖的參數(shù)變化不敏感。光楔（TFFI）一般選用對溫度不敏感的材料制造，傳感器中無透鏡，光纖的安裝不需要嚴格對準(zhǔn)，因此它可以在惡劣的環(huán)境下工作；

（5）讀數(shù)器內(nèi)可以使用CCD或PSD光探測器，CCD接收到的光強分布可以有多個極值點，但通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以保證只有一個最大點，信號處理使用求極大值的算法。

這種傳感器的主要性能指標(biāo)如表所示：