光偏振檢測系統(tǒng)第七章

1、光偏振檢測系統(tǒng)第七章第1頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一原理：機械應力、磁場、電場光學媒質(zhì)的傳光特性（偏振態(tài)的變化）應用：光彈性效應測力計、磁光式電流測試裝置、光纖電壓表、BOS電壓傳感器等 光偏振檢測系統(tǒng)有關光學器件： 1.波片：全波片、半波片、四分之一波片 2.偏振分光器件：偏振分光鏡、渥拉斯頓棱鏡 3.棱鏡反射器：直角棱鏡、角錐反射鏡第2頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一光彈性效應：晶體在受壓后其折射率發(fā)生變化，呈現(xiàn)雙折射的現(xiàn)象稱為光彈性效應。7.1 光彈性效應測力計第3頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一光彈性效應測力計

2、原理構成：起偏振器P1 、檢偏振器P2 透振方向相互垂直。測力元件 透明硬質(zhì)材料（如玻璃等）的平行六面體或圓柱體第4頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一原理 P1MP2 P1振幅為A0，光強為I0。 M兩束正交線偏振光振幅為A0/2。 P2的分振幅為 A12=A22= A0/2 相應光強為I12=I22= I0/4兩束光在同一方向上振動周相差為所測力的函數(shù) 式中，C與材料性質(zhì)相關的系數(shù)，與材料條紋值f0的關系是 f0=/C 干涉：I = I12+I22+2(I12+I22)1/2cos = (1+cos)I0/2= (1cos(2CF/)I0/2 = I0sin2(CF/)

3、第5頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一光彈性效應測力計基本結構第6頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一 為使I和F呈線性關系，光電測力計光路中放入若干云母片，用以產(chǎn)生附加光程差，光電池接收的光強為： I=K1cos2 / （CF+ )I0/2 式中K是放入云母片的削弱系數(shù)，使 2 /3 2 /（CF+ ) /3 因余弦函數(shù)在此附近變化接近線性，即可的預期效果。第7頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一結構P6789101112345P(a)檢測原理 1 光源 2、8 起偏器 3、9 1/4波長板 4、10 光彈性元件5、11 檢偏器

4、6 光纖 7 自聚焦透鏡偏振光線偏振光橢圓偏振光光彈性效應壓力計第8頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一利用光彈性效應測量壓力的原理及結構如圖。發(fā)自LED的入射光經(jīng)起偏器后成為直線偏振光。當有與入射光偏振方向呈45的壓力作用于晶體時，使晶體呈雙折射從而使出射光成為橢圓偏振光，由檢偏器檢測出與入射光偏振方向相垂直方向上的光強，即可測出壓力的變化。其中1/4波長板用于提供一偏置，使系統(tǒng)獲得最大靈敏度。第9頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一 為了提高傳感器的精度和穩(wěn)定性，下圖為另一種檢測方法的結構。輸出光用偏振分光鏡分別檢測出兩個相互垂直方向的偏振分量；并將

5、這兩個分量經(jīng)“差和”電路處理，即可得到與光源強度及光纖損耗無關的輸出。該傳感器的測量范圍為103Pa106Pa，精度為1，理論上分辨力可達1.4Pa。 這種結構的傳感器在光彈性元件上加上質(zhì)量塊后，也可用于測量振動、加速度。 第10頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一2453輸出前置放大前置放大I2I1I2+I1驅(qū)動16I1I2PD1PD2光彈性式光纖壓力傳感器的另一種結構1 光纖 2 起偏器 3 光彈性元件 4 1/4波長板 5 偏振分光鏡 6 反射鏡 p第11頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一7.2 光纖電流電壓測試系統(tǒng)法拉第效應（磁光效應） 第12

6、頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一磁致旋光效應原理 =VdLBVd菲爾德常數(shù)第13頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一光纖安培計工作原理第14頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一工作原理 光路： 激光線偏振光（經(jīng)起偏振器） 線偏振光發(fā)生法拉第旋轉(zhuǎn)（光纖線圈中） =VnHdi=VnI 線偏振光的分光（經(jīng)渥拉斯頓棱鏡）相互正交 電路： P = (I1I2)/ (I1+I2) = k K光纖性能系數(shù) 在V、K、n確定和測出參數(shù)P以后，即可求出母線中待測電流的大小I。 第15頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一光纖的要求

7、 光源 采用激光二極管 0.85m 溫度控制克服溫度影響 光纖 整個長度保持原有的偏振態(tài) 纖芯截面非圓性及不對稱的應力分布會引起雙折射 要求：引起的在1/m以下。 注意修正 限制光纖直線部分的長度、 線圈半徑不要過小 適當減小匝數(shù) 檢測系統(tǒng) 防震第16頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一光纖電壓測試系統(tǒng)光纖電壓表：高壓電測試裝置氦氖激光器光電池顯示儀表第17頁，共19頁，2022年，5月20日，3點34分，星期一工作原理經(jīng)過光纖傳送到光電池的信號光信號I將隨電極上所加外電壓的大小V而變化，從而測出待測電壓的大小。 原理：縱向泡克勒斯效應（外加電場使本身各向異性 的物質(zhì)改變特性。 電光晶體：磷酸二