雙同心圓光纖位移傳感器測試系統(tǒng)改進及優(yōu)化分析

鄒少琴（廈門南洋職業(yè)學(xué)院，福建廈門，361102）

雙同心圓光纖位移傳感器測試系統(tǒng)改進及優(yōu)化分析

鄒少琴
（廈門南洋職業(yè)學(xué)院，福建廈門，361102）

光纖傳感器是把光纖作為信息傳輸?shù)闹匾劫|(zhì)，是光纖、光通信技術(shù)持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)物。在光傳輸過程中，由于受到各種主客觀因素的影響，廣播特征參量極易受到外界的干擾，需要準(zhǔn)確把握光波特征參量變化情況，知道其物理量變化情況，這就需要充分發(fā)揮光纖位移傳感器的作用。因此，本文作者以雙同心圓光纖位移傳感器為例，對其測試系統(tǒng)改進及優(yōu)化予以了探討。

雙同心圓；光纖位移傳感器；測試系統(tǒng)

就光纖傳感器而言，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末期，屬于一種全新的傳感器。和電子類傳感器相比，它具有較強的抗電磁干擾能力，較好的電絕緣性，較大的傳輸容量等，被廣泛應(yīng)用到不同領(lǐng)域中，比如，交通、醫(yī)療、機械。在新時代下，“高精度、高速度”測量物體位移情況逐漸受到相關(guān)領(lǐng)域研究者的高度重視，尤其是狹小空間中小位移量的測量。光纖位移傳感器又被叫做線性傳感器，具有不同的形式，比如，電感式位移傳感器、電容式位移傳感器，各具特點，發(fā)揮著不同的作用。就雙同心圓光纖位移傳感器而言，結(jié)合各方面情況，還需要進一步優(yōu)化測試系統(tǒng)，使其更好地發(fā)揮自身作用，應(yīng)用到不同領(lǐng)域中。

1 光纖位移傳感器概述

就光纖傳感器來說，主要分為兩種類型，即非功能型，比如，傳光型光纖傳感器，功能型：傳感型光纖傳感器。光纖位移傳感器也被分為傳光型、傳感型，它們又是由不同元素組合而成。

1.1 微彎型光纖位移傳感器

對于這種傳感器來說，需要充分利用光纖軸向上的微彎效應(yīng)，屬于調(diào)制類型的傳感器。在微彎效應(yīng)作用下，多模光纖中一些芯模式耦合到對應(yīng)的包層形式中，可以動態(tài)檢測某些特殊化形式的變化情況，比如，包層模式，隨時了解光纖的具體微彎情況，知道在變形器受到的具體位移量。但動態(tài)測試范圍并不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，加工難度加大，在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中，很難進行大批量生產(chǎn)、使用。

1.2 反射型光纖位移傳感器

就該類型傳感器來說，是在調(diào)制物體表面反射光基礎(chǔ)上形成的，又被叫做雙光纖位移傳感器。具體來說，它是兩根光纖組成，即傳光光纖、接收光纖。如果傳光光纖的光正好射向需要檢測的物體，該物體反射的光一些會被接收光纖，而物體表面反射的光強度和對應(yīng)的距離緊密相連。一旦物體反射面、接收光纖二者間的距離發(fā)生變化，所接收到的光強度也會隨之發(fā)生變化。

1.3 透射式光纖位移傳感器

就透射式光纖位移傳感器來說，在兩根相同芯徑光纖串聯(lián)而成，促使兩根光纖的平整端面相互靠近，但必須保持一定的距離。其中一根光纖和光源相互連接，能夠為整個系統(tǒng)設(shè)備提供所需的光能量，還有一根光纖要接收來自光纖的光，而接收到的光能量和接收距離密切相關(guān)。這種類型的傳感器非常簡單，具有較高的精度，但其工作原理會限制系統(tǒng)測試的范圍，光纖同軸性被提出了更高的要求，加工難度非常大，探測器在運行過程中，也被提出更高的要求。

2 雙同心圓光纖位移傳感器測試系統(tǒng)改進與優(yōu)化

2.1 測試裝置工作原理

通常情況下，光纖傳感器是由多種元素組合而成，比如，光纖、光電轉(zhuǎn)換器，光源，光纖傳感器具有多樣化的特點，但存在交叉敏感性問題，嚴重阻礙了它在實際中的應(yīng)用。就測試裝置而言，其工作原理：要綜合考慮各方面主客觀影響因素，把需要測量的物體制作成圓形物體，其厚度為10毫米，半徑為18毫米，把制作成的圓形物體放到封閉式支座的合理位置，合理調(diào)整螺母，使其固定在螺套上的光纖探頭上，可以自由上下移動，清楚它具體變化情況。

2.2 雙同心圓光纖位移傳感器測試系統(tǒng)電路、軟件改進與優(yōu)化

2.2.1 工作原理

在雙同心光纖位移傳感器運運行過程中，所接收的光被照射到對應(yīng)的光敏三極管上，它會將這些光能有效轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電能，輸出一定的電流，在I/V轉(zhuǎn)換、濾波等作用下，輸送到對應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備中進行合理化的模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要將處理后的數(shù)據(jù)信息保存到對應(yīng)的寄存器中。在經(jīng)過相關(guān)軟軟件進行合理化處理之后，把得出的信息數(shù)據(jù)放入顯示緩沖中，并在顯示器作用下顯示出來。

2.2.2 雙同心圓光纖位移傳感器電路改進

在傳感器應(yīng)用過程中，220V的交流整流之后，會經(jīng)過電壓變換穩(wěn)壓，提供不同的電源電壓，比如，+15V、—5V。發(fā)光二極管LED是光源驅(qū)動電路的光源，大都采用直流類型驅(qū)動。主要是因為和其它類型的電路相比，直流驅(qū)動電路更加簡單，屬于串聯(lián)，把直流電源、LED、限流電阻連接在一起。但在運行過程中，直流驅(qū)動使用的直流電源電壓并不具備較好的穩(wěn)定性，進而，導(dǎo)致LED發(fā)光不穩(wěn)定，極易出現(xiàn)安全事故問題。針對這種情況，需要全方位分析光源驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合的示意圖，優(yōu)化調(diào)整電路結(jié)構(gòu)，優(yōu)化利用精密類型的參考電壓、NPN三極管，構(gòu)建成新的電路，和LED發(fā)光強度的成線性關(guān)系密切相關(guān)，加上精密類型的電壓輸出不會存在較大的誤差，能夠確保輸出的數(shù)據(jù)信息更加準(zhǔn)確、完整。還能在一定程度上改善LED具有的發(fā)光性能，使其更加安全、穩(wěn)定。通過改進電路系統(tǒng)，降低設(shè)備故障發(fā)生率，延長其使用壽命，更好地投入到使用中。

2.2.3 軟件流程圖改進

對于雙同心圓光纖位移傳感器來說，在改進傳感器電路的同時，還要采取各種有效措施優(yōu)化軟件流程圖。就該測試系統(tǒng)來說，需要采用自頂向下的一種程序設(shè)計方法，需要以主程序為切入點，靈活應(yīng)用從屬程序、子程序，為了簡化操作流程，需要用相關(guān)的符號進行代替，并優(yōu)化調(diào)整整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，要嚴格遵循核心程序結(jié)構(gòu)具有的一般規(guī)則，靈活應(yīng)用程序設(shè)計方法，確保核心程序能夠順利完成相關(guān)的功能，比如，在運行過程中，能夠隨意開中斷，合理設(shè)置時常數(shù)，實現(xiàn)初始化。在優(yōu)化核心程序基礎(chǔ)上，有效采集信息數(shù)據(jù)，濾波、顯示數(shù)據(jù)等，提高信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，確保相關(guān)工作的順利開展。

3 結(jié)語

總而言之，對于雙同心圓光纖位移傳感器來說，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，通過不同途徑采取可行的措施改進測試系統(tǒng)是非常必要的，能夠更好地發(fā)揮光接收電路、光源驅(qū)動、單片機等組成要素多樣化的作用。在光路結(jié)構(gòu)方面，可以優(yōu)化利用雙同心圓探頭光路，減少位移變化情況，反射物體反射率、外界干擾等影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確率，還能在一定程度上提高測試系統(tǒng)的抗干擾性能、測試精準(zhǔn)度。以此，促使雙同心圓光纖位移傳感器更好地發(fā)揮自身作用，應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中，促進不同行業(yè)、領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。

［1］蘇珊，侯鈺龍，劉文怡，張會新，劉佳.光纖位移傳感器綜述［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2015，v.34；No.28410：1-3+7.

［2］丁寧.基于光纖位移測量的液體折射率測量方法研究［D］.東北師范大學(xué)，2015.

鄒少琴，女，（1981年4月-），漢族，福建莆田人，講師，理學(xué)學(xué)士，主要從事電子系統(tǒng)，信息管理系統(tǒng)研究。

The improvement and optimization analysis of the test system of the double concentric circular optical fiber displacement sensor

Zou Shaoqin
（Xiamen Nanyang University， Fujian Xiamen， 361102）

Optical fiber sensor is an important medium of information transmission，and it is the result of the continuous development of fiber optic and optical communication technology.In optical transmission process， due to the influence by various kinds of subjective and objective factors， the characteristic parameters of the radio easily by external interference and need to accurately grasp the characteristics of light waves parameter change and know the status of the change of the physical quantity， which need to give full play to the role of fiber optic displacement sensor.Therefore， the author takes the dual concentric circular fiber displacement sensor as an example，and discusses the improvement and optimization of the test system.

Double concentric circle； optical fiber displacement sensor；testing system