远距离光纤位移测量及温度补偿

　　一、引言

　　光纤传感器具有灵敏度高等许多优点，但在其发展过程中也遇到了一些问题。首先，被测场所远离测量仪器.信号通过光纤进行传送，所需光纤长，成本高。其次，被测场所在室外，四季温差大，特别是在北方，而光纤及其配用器件受温度影响大，温度补偿问题是一个必须解决的问题。本文从光纤动态位移测量入手，讨论解决上述两个问题的方法。

　　二、实验及结果

　　采用Y型光纤束组成反射式位移传感器，图1进行动态位移测量。光纤端面与反射面之间的距离应根据变换电路的输出电压来确定。通过改变光纤端面和反射面之间的距离，相应地测出电压值，从而确定出最佳的线性区。实验条件不同，结果也不同，其特性曲线如图1所示。图中1表示一较粗糙反射面的输出特性曲线;2和3分别表示不采用电缆和采用电缆长距离传输的输出特性曲线。

　　可见，前坡线性较好，对反射面的粗糙度要求不严格，而且采用电缆长距离传输时的输出特性变化不大;后坡线性较差，又灵敏地反映反射面的粗糙情况，长电缆对其输出亦产生影响。所以采用前坡进行测量是比较理想的。通过计算，选择测量范围为0.03~0.33mm。

　　三、实现低成本远距离传送信号

　　信号要进行20m传输.而被测点5m以外便足以避开强电流的干扰，所以选用5m长光纤，以后的15m用电缆传输。在光纤与电缆之间加一前置器，将光信号转变、放大成易子电缆传输的电流信号。其原理如图2。这样，在不影响传输准确度的基础上，成本降低为原来的1/3。

　　四、传感器退度特性及补偿

　　由于传感器所处的温度范围较宽，为一50C一50C，应该考虑温度对传输特性的影响。采用稼铝砷(GaAIAs)红外发光二极管作为发射器，其中心波长为800~900nm，光功率线性地依赖于驱动电流。对于给定的电流，光输出随温度增加线性下降，如图3所示。这是由于结温的升高会使发光复合的几率下降，发光二极管的亮度就会下降所致。

　　采用硅光电三极管作为探测器，其峰值接收波长戈~900nm。光电三极管存在暗电流，光电流和暗电流的大小均受温度影响。图4是光电流与温度的关系曲线。可见，光电流随温度上升较快，这是由于其电流放大系数卢随温度上升而增大，在小电流时声又随光电流上升而增大的缘故。一图5是暗电流与温度的关系曲线。由于晶体管的放大作用，基极开路时的暗电流及它随温度上升都比较大。所以，造成硅光电管热漂移的原因主要在于:1、反向饱和电流随温度升高呈指数上升;2、放大系数随温度改变发生很大变化:3、长波长光电流随温度升高而增加考虑上述各温度特性，在电路在可以用硬件分别补偿，而综合整个装置的总的温度特性，利用软件进行温度补偿，简单实用，效果也较好。