B /2 B /2
2 R[1 cos(
4

L)]d
• 最终输出I与腔长、波长均有关
解调方法
• 由上式和上图可看出，腔长的信息包含传感器输 出的整体光谱当中，不同的腔长L对应于不同的光 谱分布，不同的光谱分布在相同的区段内相位是 完全不同的，即相位与腔长具有严格对应关系。
解调方法
• 因为光谱分布是多个单波长信息的组合， 其信息量远大于单波长条件下的光强输出 的信息量，因此能够提高解调精度。 • 目前最常用的相位解调方法主要有条纹计 数法、离散腔长变换法、可调谐滤波器法 以及菲索干涉仪法等。
简 介
• 光学法珀干涉仪(FPI)，有时也叫做法珀标 准器。它是由两个反射系数分别为R1和R2 的反射镜组成。两个反射镜之间是长度为L 的干涉腔。 • 由于FPI的工作原理是通过两个反射面之 间的距离来测量被侧点的变化，所以在传 感领域，它可以被做的相当小。和其他种 类的光纤传感干涉仪，比如Mach-Zehnder 干涉仪、Michelson干涉仪、Sagnac干涉仪 等不同，FPI不需要光纤耦合器。
• 2.当反射率远小于1时，
I R 2 R (1 cos
4 L

)Ii
• 可以看出，当入射光强一定的时候，传感 器的腔长是波长和输出光强的函数。也就 意味着，如果腔长发生变化，将会导致输 出光强和波长分布的变化。
基本原理及分类
• • • •
分类： 本征型光纤法珀传感器(IFPI) 非本征型光纤法珀传感器(EFPI) 线性复合腔光纤法珀传感器(ILFP)
I R I0 L
解调方法
• 优点： • 简单、直接、成本低廉 • 缺点： • 抗干扰能力差，测量精度不高，后续误差 补偿电路复杂，需要控制腔长制造精度等。
解调方法
• 相位解调： 4 nL • 利用 的相位关系实现对腔长L的求 解。 • 采用宽带光源，传感器的输出变为：
I
解调方法
• 外界参量作用于光纤法珀腔时，是通过改 变传感器的腔长L影响其输出光信号IR。 • 因此光纤法珀传感器的腔长L是反映被测对 象的关键参数，而光纤法珀传感器的信号 解调，就是由其输出光信号IR求解出腔长L。 • 解调方式主要分为强度解调和相位解调。
解调方法
• 强度解调： • 利用波长为 单色光源，在镜面反射率R比 较小的情况下，可得公式 4 L I R 2 R (1 cos )I0 • 当腔长L的变化范围较小时，上式可简化为 近似线性关系：
基本原理及分类
• 在F-P腔中往返一次所产生的相移大小为

4 nL

• 因为反射镜是电介质，所以会附加π/2的相 移
基本原理及分类
• 当反射率均为R时，根据经典的多光束干涉 公式，得 • 反射光强 透射光强
2 R(1 cos
2
4 nL
IR

) Ii
1 R 2 R cos Nhomakorabea4 nL
• 理论计算：
假设镜面的反射率和透射率分别为R和T，且有T+R=1。对 其余的损耗，如反射镜对光的吸收或者散射，均忽略不计， 则有反射率RFP和折射率TFP分别为：
RFP TFP
R1 R2 2 R1 R 2 cos 1 R1 R2 2 R1 R2 cos
T1T2 1 R1 R2 2 R1 R2 cos
复用技术
• 强度解调型光纤法珀传感器的波分复用
复用技术
• 相位解调型光纤法珀传感器的空分复用
应 用
• 封装
• 温度测量 • 应变测量
精品课件！
精品课件！
IT
(1 R ) 2 1 R 2 R cos
2
4 nL
Ii


基本原理及分类
• 简单讨论： • 1.由上式可知，透射光干涉光强的最大值为 Ir，最小值为 2
1 R Ir 1 R
• 可见，反射率R越大，干涉光强变化越显著， 即有高的分辨率。
基本原理及分类
简 介
• 结构尺寸小，可以通过空分、时分、频分、 相关复用等手段大大降低多点监测的成本 等原因促使FPI发展迅猛并且应用广泛。
基本原理及分类
• F-P腔示意图
光纤法珀传感器是由光学法珀传感器发展而来的， 它是由两块端面镀以高反射膜、间距为d、相互严格 平行的光学平行平板组成的光学谐振腔。
基本原理及分类