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     由于非功能型光纖傳感器（NFF）的制作和應(yīng)用比較容易，因而目前NFF型傳感器應(yīng)用與種類(lèi)都比較多。

常用的光纖傳感器技術(shù)

       在NFF型傳感器中，反射式強(qiáng)度型光纖傳感器具有原理簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，并已在許多物（如位移、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等）的測(cè)量中獲得成功應(yīng)用。而在這種光纖傳感器中，又以反射式Y(jié)型光纖傳感器為常用，下面就介紹這種光纖傳感器技術(shù)的結(jié)構(gòu)與工作原理。

1.Y型光纖傳感器的結(jié)構(gòu)

        常用的反射式Y(jié)型光纖傳感器是最基本的、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的、使用最多的一種非功能型（NFF）或傳光型光纖傳感器，也有人將它稱之為“天線型”光纖傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖5-7（a）所示，由圖可見(jiàn)，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，即兩束光纖一端合并在一起組成一個(gè)測(cè)量的光纖探頭（測(cè)量時(shí)則對(duì)向被測(cè)物），另一端分為兩支，分別作為光源光纖（即將發(fā)光二極管LED或激光二極管LD光源與光纖耦合連接形成光源光纖）和接收光纖（即將光電探測(cè)器件PIN光敏二極管或APD光敏二極管等與光纖耦合連接形成接收光纖），從而形成了Y型光纖傳感器的結(jié)構(gòu)。這種Y型結(jié)構(gòu)，用兩根光纖或多根光纖組成，一般實(shí)用產(chǎn)品大都是多根光纖組成。

2.丫型光纖傳感器的工作原理

      Y型光纖傳感器的工作原理是基于光反射系數(shù)的變化。當(dāng)光從光源耦合進(jìn)到光源光纖，通過(guò)光源光纖傳輸?shù)焦饫w測(cè)量頭，其輸出光就射向被測(cè)表面，從而會(huì)被被測(cè)表面反射到接收光纖,最后傳輸?shù)接晒怆娹D(zhuǎn)換探測(cè)器件所接收。這時(shí)，光電探測(cè)器件（即圖中的光敏元件）輸岀的電壓為U=f(d)。

       顯然，光電探測(cè)器件接收到的光，除與反射體到光纖探頭的距離d有關(guān)外，還與被測(cè)表面反射體表面性質(zhì)等有關(guān)。當(dāng)光纖芯半徑八光纖的數(shù)值孔徑NA,反射面、檢測(cè)器已確定的情況下，這時(shí)其輸出電壓U就只是位移d的函數(shù)。所以，通過(guò)分析輸出電壓可以得到相應(yīng)位移d的數(shù)值，這樣就可以實(shí)現(xiàn)非接觸微小位移的精密測(cè)量。

       當(dāng)光纖探頭緊貼反射面時(shí)，接收器光電探測(cè)器件接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大值點(diǎn)后，又隨兩者的距離增加而減小，其位移和輸出關(guān)系的曲線，如圖5-7(b)所示。

圖5-7光纖位移傳感器原理圖

       實(shí)際應(yīng)用曲線II段時(shí)，多是將光纖探頭調(diào)節(jié)到離反射面距離光強(qiáng)最大值時(shí)予以固定，然后進(jìn)行所需的如測(cè)量位移等應(yīng)用檢測(cè)。

       當(dāng)光纖芯半徑r、光纖的數(shù)值孔徑NA、檢測(cè)器已確定的情況下，則探測(cè)器件接收到的光與反射體表面性質(zhì)、反射體到光纖探頭的距離有關(guān)，因而這種反射式Y(jié)型光纖傳感器，可用來(lái)檢測(cè)表面粗糙度、密度，以及位移、轉(zhuǎn)速、微震等。顯然，這種反射式Y(jié)型光纖傳感器是一種強(qiáng)度調(diào)制型的非接觸式測(cè)量，具有探頭小、響應(yīng)速度快、測(cè)量線性化等優(yōu)點(diǎn)。

       強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器是最早使用的調(diào)制方法，其特點(diǎn)是，技術(shù)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低，可采用多模光纖，且光纖的連接器和耦合器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化。光源可采用輸出穩(wěn)定的LED或高強(qiáng)度白熾燈等非相干光源。探測(cè)器一般用光敏二極管(VD)、PIN管和光電池等。

常用的光纖傳感器技術(shù)的典型應(yīng)用 1.用Y型光纖傳感器檢測(cè)位移

       由圖5-7(a)知，當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光的光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。也就是說(shuō)，傳導(dǎo)到光敏元件上的光量，隨反射面相對(duì)光纖端面的位移d變化，其位移量和輸出的關(guān)系如圖5-7(b)所示。因此，即可根據(jù)輸出值的大小而測(cè)得位移d值。當(dāng)d很小時(shí)，由于這時(shí)兩光纖的光錐角重疊部分很小，因此反射到接收光纖的光量很少，到達(dá)光敏元件的光強(qiáng)較弱；隨著d的不斷增加，光敏元件的接收光量隨之增大并達(dá)到最大值，這就是圖中曲線I段。雖其范圍窄，但靈敏度高，線性好，適于測(cè)微小位移和表面粗糙度等，測(cè)量范圍通常在100μm以內(nèi)，有的最大接近300μm。如果d繼續(xù)加大，則曲線從峰值開(kāi)始逐漸下降，成為II段，其特性與I段情況基本相反。對(duì)于這類(lèi)光纖傳感器，其光強(qiáng)響應(yīng)特性曲線是傳感器設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

       為了提高光強(qiáng)的耦合效率，可采用大數(shù)值孔徑光纖或傳光束。目前，這種傳感器的測(cè)量位移范圍最大約為10mm左右(用特性曲線II段)，測(cè)量分辨力可達(dá)0.05pm,精度最高可達(dá)0.1皿左右(用特性曲線I段)。這類(lèi)傳感器包括基于反射原理、遮斷式、微彎損耗原理、輻射損耗原理、光彈效應(yīng)等的光纖位移傳感器。