物理光學(xué)大作業(yè)基于光纖馬赫澤德干涉的測力方法設(shè)計市公開課獲獎?wù)n件

1、基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第1頁第1頁定義：光纖傳感器以光學(xué)測量為基礎(chǔ)，以光纖為傳光或傳感媒體將被測量改變轉(zhuǎn)換成光波改變。工作原理：使光波強度、頻率、相位和偏振態(tài)四個參數(shù)之一隨被測量改變，即使四量之一被待測量調(diào)制，再結(jié)合光探測器和解調(diào)器便可測出被測量。一、光纖傳感器簡介基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第2頁第2頁電源敏感元件信號接受信號處理光纖被測量光強頻率相位偏振態(tài)調(diào)制解調(diào)光纖傳感器被測信號基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第3頁第3頁傳感器光學(xué)現(xiàn)象被測量光纖分類干涉型 相位調(diào)制光纖傳感器干涉（磁致伸縮）干涉（電致伸縮）薩格納克效應(yīng)光彈效應(yīng)干涉電流、磁場電場、電壓角速度振動、壓力、加速度

2、、位移溫度SM、PMSM、PMSM、PMSM、PMSM、PMaaaaa非干涉型強度調(diào)制光纖傳感器遮光板遮擋光路半導(dǎo)體透射率改變熒光輻射、黑體輻射光纖微彎損耗振動膜后液晶反射氣體分子吸取光纖泄露膜溫度、振動、壓力、加速度、位移溫度溫度振動、壓力、加速度、位移振動、壓力、位移氣體濃度液位MMMMMMSMMMMMMMbbbbbbb偏振調(diào)制光纖傳感器法拉第效應(yīng)泡爾效應(yīng)雙折射改變光彈效應(yīng)電場、磁場電場、電壓溫度振動、壓力、加速度、位移SMMMSMMMb，abbb頻率調(diào)制光纖傳感器多普勒效應(yīng)受激喇曼散射光致發(fā)光速度、流速、振動、加速度氣體濃度溫度MMMMMMcbb表1光纖傳感器類型及分類注:MM多模光纖;

3、SM單模光纖;PM偏振保持光纖 a功效型；b非功效型；c拾光型基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第4頁第4頁1)高靈敏度。比如馬赫澤德光纖干涉儀能檢測到0.1urad相位差，若光源波長為1um，相稱于光程差。2)抗電磁干擾。由于光纖傳感器檢測系統(tǒng)不傳送電信號，因此，光信號在傳播中不會與電磁波發(fā)生作用，也不受任何電噪聲影響，在電力系統(tǒng)檢測中得到了廣泛應(yīng)用。3)結(jié)構(gòu)簡樸、體積小、質(zhì)量輕、耗能小。4)電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性。光纖是化學(xué)性能穩(wěn)定高絕緣物質(zhì)，且敏感元件能夠做成電絕緣和電無源元件。5)良好安全性。光纖傳感器敏感元件是電無源，故在生物體內(nèi)測量時，不存在漏電和電擊危險。光纖傳感器長處:基于光纖馬赫

4、澤德干涉測力辦法設(shè)計第5頁第5頁光纖邁克爾遜干涉儀光纖薩格納克干涉儀光纖馬赫澤德干涉儀二、光纖干涉儀結(jié)構(gòu)與原理簡介基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第6頁第6頁光纖邁克爾遜干涉儀 基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第7頁第7頁光纖薩格納克干涉儀 相位差（薩格納克相移） 基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第8頁第8頁光纖馬赫澤德干涉儀 基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第9頁第9頁三、測力元件結(jié)構(gòu)基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第10頁第10頁四、數(shù)學(xué)模型 光波通過長度為L光纖后，出射光波相位延時為光在光纖中傳播常數(shù)光在光纖中波長光在真空中波長 纖芯折射率 n光纖中光波在外界原因作用下，其相位改變?yōu)?基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第11頁第11頁 應(yīng)變效應(yīng)光彈效應(yīng)泊松效應(yīng)由光纖長度改變引起相位改變由光纖折射率改變引起相位改變由纖芯半徑改變引起相位改變對于普通單模光纖，泊松效應(yīng)引起相位改變僅為總量0.026%，能夠忽略?；诠饫w馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第12頁第12頁 依據(jù)彈性力學(xué)，光纖折射率改變是應(yīng)變光學(xué)效應(yīng)結(jié)果。對于均勻，各向同性光纖材料，不考慮泊松效應(yīng)，可得 光纖光彈系數(shù)基于光纖馬赫澤德干涉測力辦法設(shè)計第