HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY
物理实验报告
实验题目：光纤传感器的设计
姓名：
物理实验教学中心
实 验 报 告
一、实验题目：光纤传感器的设计
二、实验目的：
1.了解光纤传感器设计实验系统的基本构造和原理及应用；
2.了解光纤传感器设计实验系统的补偿机理，验证补偿效果；
3.设计光纤位移传感器，给出定标曲线。

三、实验仪器：
光纤传感设计实验系统主机、三光纤补偿式传感探头、精密机械调节架。

四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：
图1
在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强。

在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为
2
022(,)exp[](2)(2)
SI d I x d x x πωω=⋅- （1）
考虑到光纤的本征损耗，光纤所接收到的反射光强可进一步表示为
00(,)(,)I x d I K KRf x d =
式中 I 0——注入光源光纤的光强；
K 0，K ——光源光纤和反射接收光纤的本征损耗系数； R ——反射器的反射系数；
d ——两光纤的间距；
f (x ,d )——反射式特性调制函数。

结合式(1)，f (x ,d )由下式给出，即
22
022(,)exp[](2)(2)
a d f x d x x πωω=⋅-
其中 3/2
00
()[1()]
x
x a a ωξ
=+ 为了避免光源起伏和光纤损耗变化等因素所带来的影响。

采用了双路接收的主动补偿方式可有效地补偿光源强度的变化、反射体反射率的变化以及光纤损耗等因素所带来的影响。

补偿式光纤传感器的结构由图1给出。

由（1）式可知
1002
00(,)(,)
(,2)(,2)I x d I K KRf x d I x d I K KRf x d =⎧⎨
=⎩ 则两路接收光纤接收光强之比为
])
2()2(exp[22
221x d d I I ω--= 通过实验建立两路接收光强的比值与位移的关系（标定）后，即可实现补
偿式位移测量。

五、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论）：
1、反射式双光纤接收光强特性曲线
Y l i g h t /m v
X distance/0.2
2、补偿式光纤位移测量标定曲线
Y l i g h t /m v
X distance/0.2mm。