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对光纤位移传感器耦合效率的修正①
√

安徽淮北煤炭师范学院，安徽淮北235000

要：采用积分的方法，算出j两光纤位移传感器的耦合效率，导出j光纤位
移传感器耦舍效率的解析表达式，并与常规理论计算的结栗进行j比较。
关键词：篮壁墨2笪至签焦整篮壁量塑盒塾垩．
中图法分娄号：三——N旦——一—，I一文。‘／文
l
Correctiontocouplingefficiencyfor

opticalfibredisplacementsensors

ZHANGKejunZH0UXiaohongTANGXiaoqingDAIJianming
(HuailreiCoalTeacher’sCollege，Htmibei23500(I，Anhui，CHNt

Abstract：Bymeansofintegration．thecouplingefficiencyofdoubleopticalfibre

displacementsensoriscalculated，andanalyticalexpressionforthecouplingefficiencyof

opticaIfibredisplacementsensorisalsodeducedInaddition．theresultsarecompared
withthoseobtainedbyconventionaltheoreticalcalculation．

Keywords：Sensors，OpticalFibres，OpticalFibreDisplacementSensor，CoupLingEf—

ficiency

1引言理论处理中，人们把从发射光纤进出的光当成
一个顶点在光纤中心的光锥，经过反射镜反射
在光纤传感器中，位移传感器是最基本的后，它在接收光纤端面处形成一个照明圆。于
传感器大类之一，围而在过去的时间里，人们是，接收光纤端面被照明的面积与照明圆的面
对光纤位移传感器进行了相当多的研究l10J。积之比就是敬求的能量耦合效率J显然，这
在这类传感器中，表征接收光纤接收到的种估计方式只能适用于发射光纤与反射镜之
光能与从发射光纤送出的光能之比即能量耦间的距离(L)比光纤端面半径大得多的情况。
合效率是一个极为重要的参量，它对传感器其当发射光纤与反射镜间的距离较小的时候，接
它参量选择具有举足轻重的影响。在以往的收光纤被照明的面积将与发射光纤端面发光
面元的位置有关。换句话说，能量耦合效率应
①1996—07—01收稿；1996—08—20定稿该用积分的方法来求得
@四川大学，成者I．610064从实践的角度来看．光纤位移传感器工作

半导体光电997年2』

在耦合效率对位移的相对变化较大的区段是来描述，接收光纤端面圜(0’)上的苣用(，

有利的。而常规理论计算的结果表明，这一区)来描述。从发射光纤端面-P(rI)点面元，，I＼
段恰好分布在疑大耦合效率的附近。同时。常发出的光锥在接收光纤端面形成的照明圆
规计算又显示出最大耦合效率对应的L偏偏(P)——虚线圆的半径为，于是有

与光纤的直径可比拟。这意味着常规理论的=2ftg口(1)
估计刚好在光纤位移传感器耦合效率在最有式中，d为发射光纤的数值孔径角。P与O’，
价值的区段有较大的误差，因而有重新计算的两圆相交的公共部分就是接收光纤端面被照
必要。明的面积。从几何图形可求得上述两个圆心
在本文中，我们依然采用常规理论中用接之间的距离为
收光纤被照明的面积与照明圆面积之比来估P=(d+r一2rdcos)t／2(2)
计能量耦合效率的物理思想，但采用积分的方同时，也可求得两圆相交的公共部分面积为
法进行计算。这样得到的结果在最有实用价s：6arccos[(6+一)／(2dp)]+
值的工作距离区段应该比常规方法的结果更lZarCCOS[(p一)／(2p)]一
为准确。尤其是在单光纤传感(即发射与接收[46一(b+一P)]／2(3)
为同一根-坪)这种无盲区测量的情况下，我在O圆面域上对S作积分后最终可求得耦
们得到了解析解。计抖结果表明：在L远大合效率目。
于光纤尺寸的情况下，积分方法和常规方法是针对』|为不同的区间，我们对发射与接

一致的；在L与光纤尺寸可比拟的情况下，用收为不同的两根光纤这种传感器作一个必要
积分方法求得的耦台效率明显低于用常规方的简单说明：
法求得的效率。(1)当≤[d一(n+b)]时，接收光纤上
无照明，换句话说就是为零，可见如果位移
2两光纤位移传感器传感器的发射与接收是由两根不同的光纤来
担负的话，传感器总是存在着测量盲区的；

没发射光纤和接收光纤的半径分别为n(2)当≥[d+(nb)]时，接收光线全
和6，它们的端面到反射面的距离均为L，两根部被照明，目就