基于光纤位移传感器的工作原理与仿真 (4)

　　给解调干涉仪输入图3所示的调制光信号。为简单起见，这里只考虑其中光强极大值对应的波长。这些波长形成的干涉结果在CCD的长度方向上进行矢量叠加，由 于是白光干涉，所以叠加的次数越多，CCD上得到的干涉条纹越细锐。Matlab下的仿真结果如图6所示。

　　根据仿真结果，CCD在长度为12.5mm的位置上的光强值恰好为最大，与传感器中光纤处于光楔的中心位置时（x=12.5mm）正好对应。

　　在传感器位移为S时，光干涉强度最大的光波在读数器的Fizeau干涉仪上也是干涉最大，所以分析CCD上光强最大点的所在坐标位置x＝Smax，就可以得到传感器的绝对位置S＝Smax。

三、 性能特点

　　根据前面的分析和有关资料，白光位移传感器可以测量绝对位置，它具有如下特点：

　　（1）使用白光二极管光源而不是激光光源，因此不需要激光二极管所必须的预热时间和恒温控制，降低了对光源稳定性的要求，而且白光LED的寿命也比激光二极管LD长得多；

　　（2）传感器和读数器内部使用了结构相同的楔形薄膜干涉仪TFFI，这样可以补偿TFFI制造误差带来的测量误差，通常在不加任何补偿的情况下得到的最大线性误差为满量程的0.15%；

　　（3）TFFI的制造工艺复杂，目前只能提供量程为20mm的位移传感器，更大尺寸的TFFI制造困难，限制了这种传感器量程的提高；

　　（4）这种传感器本质上是利用光楔上下表面的光程差进行工作的，所以它对环境的震动和光纤的参数变化不敏感。光楔（TFFI）一般选用对温度不敏感的材料制造，传感器中无透镜，光纤的安装不需要严格对准，因此它可以在恶劣的环境下工作；

　　（5）读数器内可以使用CCD或PSD光探测器，CCD接收到的光强分布可以有多个极值点，但通过合理的结构设计可以保证只有一个最大点，信号处理使用求极大值的算法。

　　这种传感器的主要性能指标如表1所示：

四、 结论和展望

　　采用白光干涉原理的光纤位置传感器可以测量绝对线位置和角位移，而且具有结构简单、精度高，工作温度范围宽和对振动不敏感的特点，所以有希望在光传系统中得到应用。目前ATK Aerospace公司的 Thiokol Propulsion喷气推进分部在火箭发动机上已经验证了这种白光干涉型线位移传感器，并得到了满意的结果，美国Davidson公司也正在NAVY的先进战舰SC－21上试验这种新型的传感器。