本文關(guān)鍵詞：基于聲發(fā)射和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的木材受力損傷過程檢測，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

光纖 Fizeau 干涉儀的原理如圖 5 所示[19]，光源是由 LD 激光器來充當(dāng)?shù)�，并被光纖所接收，然后經(jīng)由 3dB 耦合器分為兩束。光纖兩個(gè)端點(diǎn) 1 和 2 之間的部分為光纖傳感臂，由光纖耦合器出來的激光經(jīng)過傳感臂在 1 和 2 兩個(gè)端點(diǎn)發(fā)生反射，在 1 時(shí)為小部分反射，大部分發(fā)生透射，而在 2 處所發(fā)生的則為全反射。外界的待測聲波信號(hào)作用于傳感臂，使端點(diǎn) 2 反射光的相位發(fā)生改變，成為調(diào)制信號(hào)。這樣由 1 和 2 處反射回來的光就會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，并最終經(jīng)過 3dB 光纖耦合器被光電探測器所接收到。

圖 5 Fizeau 光纖干涉儀原理圖

如圖所示，進(jìn)入到光纖中的光強(qiáng)設(shè)為I0，再經(jīng)由 3dB 耦合器來分為兩束光，

那么就能夠用?I0/2來表示兩個(gè)傳感臂的出射光強(qiáng)，，其中?為 3dB 耦合器的插入損耗參量。若用 L代表傳感臂光纖的長度，則在第一個(gè)傳感臂的出射端，有的光被反射，有的被透射。若在光纖端面處，其反射率為Rf，則到達(dá) PD 后的

光強(qiáng)為：

探測用的光纖被聲波信號(hào)所作用，在不將折射率變化對(duì)光波相位影響計(jì)算在內(nèi)時(shí)，則只會(huì)引起光纖長度的變化，進(jìn)而引起光波相位和輸出干涉光強(qiáng)度的變化。再通過對(duì)信號(hào)的采集與處理，這樣即可實(shí)現(xiàn)聲波信號(hào)的檢測。

5、塑料光纖傳感器的原理及設(shè)計(jì)

塑料型光纖的傳輸原理及結(jié)構(gòu)同普通光纖相同，都是依據(jù)光的全反射原理，由纖芯、包層和涂覆層構(gòu)成。傳輸原理及結(jié)構(gòu)如圖6所示

圖 6 塑料光纖結(jié)構(gòu)與傳輸原理圖

POF 的纖芯以及包層都是由有極高的透明性的光學(xué)性塑料來組成的，這就要求塑料光纖的材料具有很好的透明性以及恰當(dāng)?shù)恼凵渎省OF 其芯材要使用高度的無定形的非結(jié)晶的材料，這是由于光波信號(hào)的傳輸主要是在其芯材當(dāng)中，因此，芯材主要決定了POF 本身傳輸?shù)膿p耗。其芯材常見的種類有聚碳酸酯 PC、聚苯乙烯 PS、PMMA、等聚合物材料。正常情況下，對(duì) POF 其包層材料也應(yīng)該做相同的要求，但一般情況下對(duì)其的要求會(huì)相應(yīng)的降低一些。常見的 POF其包層材料有聚-4-甲基-戊烯-1PMP、PMMA、乙烯-醋酸乙烯 EVA、氟化透明樹脂等。 綜上所述，塑料光纖也是由三部分組成的。其中，纖芯和包層都是由高分子光學(xué)透明材料制成，包層外的涂敷層是為了起到保護(hù)作用，又可增加柔韌性，最外層為保護(hù)套，同樣為了起到堅(jiān)固及保護(hù)的作用[20]。

塑料光纖的優(yōu)缺點(diǎn)：

石英玻璃光纖擁有巨大的帶寬、良好的傳輸性能等優(yōu)點(diǎn)，然而它同時(shí)也存在著很多的缺點(diǎn)。而塑料光纖存在著自己的優(yōu)勢[21-23]：

(1) 制造成本低。在原材料當(dāng)中，塑料是極其便宜的。

(2) 塑料光纖擁有較大的芯徑。這樣塑料光纖的使用范圍就被大大增加了，使其應(yīng)用于傳感器的信息傳輸介質(zhì)和語音、數(shù)據(jù)通信成為可能。

(3) POF 的連接方式簡便，且耦合效率還很高。

(4) POF 有很高的柔韌性，POF 的材料有很多優(yōu)點(diǎn)：透光性能良好；材料輕而柔軟，抗彎曲、抗沖擊強(qiáng)度高，易于加工。

(5) 塑料光纖對(duì)振動(dòng)的不敏感特性，使得其適合應(yīng)用在彎曲或是變形的情況之下。

(6) 低損耗的窗口也存在于可見光的波段。因?yàn)?650nm 或者 780nm 波段的波長是我們經(jīng)常使用的，這樣我們就能夠使用價(jià)位比較低的 LED(用于低速率的場合)，也可使用LD 甚至 DVD 的光源(用于高速率的場合)。

由于 POF 存在著上述諸多的有點(diǎn)，從而大大提高了它的可應(yīng)用性。

POF 當(dāng)然也存在缺點(diǎn)：

(1) 耐熱性差，耐熱性能是來評(píng)價(jià) POF 的可用性和耐久性的重要指標(biāo)。一般的 POF只能在40℃—80℃溫度范圍內(nèi)使用，可以在 200

℃左右工作的塑料光

纖只有極少數(shù)。我們可以通過對(duì)材料摻雜來影響 POF 的對(duì)溫度的耐受性。

(2) 在通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用不是那么廣泛，其影響因素是由于它的帶寬相對(duì)比較小。

(3) 塑料光纖必須在可見光區(qū)工作是由于近紅外區(qū)的OH 離子吸收而造成的；POF損耗高，碼速有限也主要是由大分子內(nèi)部散射引起的。

針對(duì)塑料光纖的上述缺點(diǎn)，隨著研究的不斷深入與擴(kuò)大，塑料光纖應(yīng)用發(fā)展的前景也是極其廣闊的。

6、反射式塑料光纖聲發(fā)射傳感器

POF 的纖芯和包層均是由光學(xué)塑料所構(gòu)成的。POF 其在某些方面比石英玻璃光纖存在許多優(yōu)勢，如：具有較大的芯徑、較方便的接續(xù)方式和較好的柔韌性等優(yōu)點(diǎn)。利用塑料光纖的上述優(yōu)點(diǎn)，可用于補(bǔ)充石英光纖不足之處。因此，塑料光纖制造的傳感器繼承了光纖傳感器的眾多優(yōu)點(diǎn)，并具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢。通常研究的塑料光纖傳感器為反射式強(qiáng)度調(diào)制型，其具有許多優(yōu)點(diǎn)。

反射式強(qiáng)度調(diào)制型的光纖傳感器的原理如圖7 所示。S 為光源，D 為探測器。由光源 S 發(fā)出的光，到達(dá)我們所要檢測的物體的表面；再經(jīng)由被測物體的反射而被接收光纖所接收，再進(jìn)入到光電檢測系統(tǒng)。則由檢測系統(tǒng)所探測到的電信號(hào)U0可以表示成[25]：U0?f(d)。在芯徑 r、數(shù)值孔徑 NA、被測物體、光電檢測系統(tǒng)已經(jīng)確定的情況下，那么檢測到的電壓U0就只于位移 d 相關(guān)。由此可

見，要想測量出被測物體的微小位移就只要測量與分析輸出電壓U0即可。實(shí)際應(yīng)用中可以采用不同的光纖束結(jié)構(gòu)：光纖粗細(xì)不同，排列方式不同。通常這種傳感器所用光纖的芯徑都比較粗，是為了提高耦合效率，而塑料光纖正好滿足其要求。此種傳感器的輸出特性及反射光強(qiáng)是其設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵。

圖 7 反射式強(qiáng)度型光纖傳感器原理圖

7、總結(jié)

POF 具有很多優(yōu)點(diǎn)，如：便宜的價(jià)格、簡單的制造方式、快捷的接續(xù)方法和較好的柔軟性等，

其作為一種理想的傳輸介質(zhì)被廣泛的應(yīng)用在短距離通信網(wǎng)絡(luò)

之中，其在很多領(lǐng)域中正扮演著非常重要的角色：計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、光纖到戶(FTTH，F(xiàn)iber To The Home)、校園網(wǎng)、語音和圖像的傳輸、汽車和飛機(jī)內(nèi)部通信網(wǎng)以及多媒體設(shè)備中數(shù)據(jù)等。

采用塑料光纖制成聲發(fā)射傳感器，與傳統(tǒng)的光纖傳感器相比，所擁有的優(yōu)點(diǎn)包括：具有較簡單的結(jié)構(gòu)，較低廉的造價(jià)，且易于實(shí)現(xiàn)等。今后在提高其穩(wěn)定性等方面取得成效，就可能應(yīng)用于一些惡劣的環(huán)境進(jìn)行無損檢測，具有廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。

8、參考文獻(xiàn)

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