壓力測量具有十分重要的意義妒貌，尤其是對不穩(wěn)定的氣壓測試通危，比如渦輪發(fā)動機(jī)內(nèi)的壓力測量。光纖傳感器相對于同類電子傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要是：體積小苏揣、抗電磁干擾和成本低，而這些優(yōu)點(diǎn)促使了對光纖壓力傳感器的廣泛研究推姻。光纖法珀傳感器的基本原理是多光束干涉平匈，自 1897 年法國科學(xué)家法布里和珀羅發(fā)明多光束干涉儀以來，漸漸發(fā)展成如今眾多種類的法珀傳感器。隨著各種微加工技術(shù)的發(fā)展增炭，出現(xiàn)了各種微型的光纖法珀傳感器忍燥，其中可用于航空、油田等測壓領(lǐng)域的微型光纖壓力傳感器得到了高度的重視隙姿，現(xiàn)也應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測和生物體測量領(lǐng)域梅垄。
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光纖法珀壓力傳感器基本原理
一、光纖法珀壓力傳感器基本原理
法珀干涉儀是一種典型的多光束干涉儀输玷，當(dāng)一束與平行板呈角度的光射入队丝，會在平行板中發(fā)生多次反射和折射，這些相同頻率的光會發(fā)生干涉欲鹏，形成多光束干涉机久。
光從折射率為n_0的物質(zhì)中，以角度為θ_1的入射角進(jìn)入間隔距離為d的平行板中赔嚎，平板中的折射率為n_1膘盖，由此光在板內(nèi)的折射率為θ_2，在兩塊平板間經(jīng)過多次反射和折射尤误，光程差相同的同頻光會發(fā)生干涉侠畔。光程差引起的相位差使投射光強(qiáng)和反射光強(qiáng)遵從干涉強(qiáng)度分布的公式，即艾里公式损晤。測量反射光強(qiáng)可測量d的大小软棺，這就是光纖法珀腔壓力傳感器的基本原理。
而從結(jié)構(gòu)上來看沉馆，法珀干涉儀的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
上圖的結(jié)構(gòu)解釋码党，G_1和G_2是兩塊相互平行的高反膜，間距依然設(shè)為d斥黑，反射光強(qiáng)I_R由入射光強(qiáng)I_0揖盘、高反膜反射率、相位差锌奴、入射光波長和板間物質(zhì)折射率所決定兽狭，同樣可以由此得到透射光強(qiáng)。相比與原理鹿蜀，光纖法珀腔傳感器的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜箕慧，受影響的因素更多。
二茴恰、光纖法珀傳感器的分類
光纖法珀傳感器自被發(fā)明以來颠焦，體積逐漸減小、應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大往枣。根據(jù)一些細(xì)微的差異伐庭，可將光纖法珀傳感器分為以下幾種類別：
線型光纖法珀干涉儀粉渠、本征型光纖法珀干涉儀和非本征型光纖法珀干涉儀。
1圾另、線型光纖法珀干涉儀
如上圖所示光纖中的一小段用導(dǎo)管代替霸株，中間放入高反膜，但由于這種結(jié)構(gòu)對導(dǎo)管的加工要求比較高集乔，在實(shí)際的制作過程中存在一定難度去件，影響成本的控制，所以反而是接下來的兩種結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍更廣扰路。
2尤溜、本征型光纖法珀傳感器
本征型光纖法珀傳感器應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)也較為簡單幼衰，常見的型在普通光纖上就可以設(shè)計(jì)得到靴跛。在端面A和C上鍍高反射膜，然后與B段光纖進(jìn)行熔接。本征型光纖法珀傳感器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，而且纖芯限制了光的傳輸缕棵，因此產(chǎn)生的衍射損耗較少。
3绝葡、非本征型光纖法珀傳感器
在一個(gè)密封導(dǎo)管內(nèi)形成了長度為d的法珀腔，該該腔由兩根端面鍍膜的單模光纖組成腹鹉，導(dǎo)管既實(shí)現(xiàn)了腔體的密封又保證了兩個(gè)端面的同軸平行藏畅。
相對于本征型光纖法珀傳感器，非本征型由于其結(jié)構(gòu)功咒，有以下特點(diǎn)：
a) 由于法珀腔是由導(dǎo)管封裝而成愉阎，所以可以根據(jù)需求人為的設(shè)計(jì)和調(diào)整腔長d，這樣既可以精確控制腔長又能靈活調(diào)整腔長力奋。
b) 法珀腔內(nèi)是折射率為1的空氣榜旦，介質(zhì)穩(wěn)定，且不易受干擾景殷。
c) 如果采用與光纖熱膨脹系數(shù)相同的材料做導(dǎo)管溅呢，可以很好地解決傳感器的溫度效應(yīng)，這是普通法珀傳感器所實(shí)現(xiàn)不了的優(yōu)勢猿挚。
三咐旧、測壓原理
將法珀腔中一個(gè)端面制作成薄片，并用此薄片感受壓力绩蜻，當(dāng)壓力作用于薄片時(shí)铣墨，薄片發(fā)生形變，進(jìn)而改變了法珀腔的腔長办绝，通過解調(diào)求出腔長的變化量伊约，根據(jù)腔長變化量和壓力作用相關(guān)原理即可計(jì)算出膜片所受壓力词顾，達(dá)到壓力測量的目的，其基本原理如下圖所示：
壓力傳感器相關(guān)的參數(shù)有靈敏度碱妆、重復(fù)性、線性度和頻響特性等昔驱，但出于光纖法珀傳感應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際測量需求疹尾，我們最關(guān)心的是所設(shè)計(jì)傳感器的靈敏度。一般靈敏度由膜片厚度和有效膜片半徑r共同決定骤肛。
（聲明：本文部分圖表參考自CNKI或SPIE數(shù)據(jù)庫論文纳本，期刊卷及DOI編號都已在引用部分標(biāo)出；本公司可提供光纖法珀傳感器及其解調(diào)腋颠、軟件系統(tǒng)繁成，配合各種工程實(shí)踐研究，價(jià)格優(yōu)惠淑玫，性能優(yōu)異巾腕，如有需要，歡迎采購Ｐ踺铩）
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