相位調(diào)制型光纖傳感課件

相位調(diào)制型光纖傳感趙婧10300720238

定義：通過被測能量場的作用，使光纖內(nèi)傳播的光波相位發(fā)生變化，再用干涉測量技術(shù)把相位變化轉(zhuǎn)換為光強變化，從而檢測出待測的物理量。

由公式可知，光波的相位角與光纖長度L、纖芯n1和纖芯直徑d（d的作用相比較前兩者可以忽略不計）有關(guān)，光纖受到物理量的作用時，這三個參數(shù)會發(fā)生不同程度的變化，從而引起光相移。當(dāng)光纖受到物理量（應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等）作用時，其相位角變化為：于是就可以利用光的相位檢測技術(shù)測量溫度、加速度、壓力、電流等物理量。之前說過我們需要將相位調(diào)制轉(zhuǎn)換成強度調(diào)制，用于此種光的干涉測量技術(shù)的儀器有：(1)馬赫－曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀；(2)麥克爾遜(Michelson)干涉儀；(3)法布里－珀羅(Fabry-Perot，簡寫為F-P)干涉儀；(4)塞格奈克(Sagnac)干涉儀；(5)白光干涉儀這些儀器的共同之處是：光源的輸出光都被分束器（棱鏡或低損耗光纖耦合器）分成功率相等的兩束或幾束光），并分別耦合到兩根或是幾根光纖中去，在光纖的輸出端再將這些分離光束匯合起來，輸?shù)揭粋€光電探測器中。在干涉儀中，利用鎖相零差、合成外差等解調(diào)技術(shù)就可以檢測出相位調(diào)制信號。光纖干涉儀光纖干涉儀與傳統(tǒng)干涉儀相比有很多優(yōu)點：1.容易準(zhǔn)直；2.調(diào)整光纖長度改變光程差，提高靈敏度；3.封閉光路，不受外界干擾；4.動態(tài)范圍較大原理：光纖干涉儀是干涉型傳感器的核心，其原理是光源發(fā)出的光分束，沿不同路徑傳播后匯合，到達同一檢測器。設(shè)兩束相干光為I1、I2，其中一束受被測因素的影響，則干涉光強為：馬赫－曾德爾(MZ)干涉儀光被分成兩束光后，經(jīng)過可動反射鏡的位移獲得兩相干光束的相位差，最后在光探測器上產(chǎn)生干涉。MZ全光纖干涉儀模型溫度與光相位及輸出電流的關(guān)系：麥克爾遜(M)干涉儀兩相干光的相位差為：

缺點：有光返回激光器從而造成干擾，使光源的光強不穩(wěn)定。M光纖干涉儀模型法布里－珀羅(F-P)干涉儀由激光器射出的光，在兩個相對的反射鏡間進行多次反射，而透射出來的光則被光探測器所接受。此種干涉儀特別之處在于，它是多光束干涉儀，探測器上探測到的干涉光強變化為：當(dāng)R一定時，透射光強隨相位差而變化，可知光強的最大最小值之比為，故可以通過提高反射鏡的反射率來提高干涉儀的分辨率，所以其是最靈敏的位移測量裝置之一。FP光纖干涉儀模型FP腔：當(dāng)外界物理量作用于傳感區(qū)域時，使FP腔間距發(fā)生微弱變化，進而引起相位和光強的變化。塞格奈克(Sagnac)干涉儀當(dāng)把這種干涉儀裝在一個可繞垂直于光束平面軸旋轉(zhuǎn)的平臺上時，若平臺一角速度Q轉(zhuǎn)動，則兩束傳播方向相反的光束達到光探測器就有不同的延遲。若平臺以順時針方向旋轉(zhuǎn)，則在順時針方向傳播的光較反時針傳播的光延遲大，這個相位延遲可以表示為：因此檢測出光強的變化，就可以知道旋轉(zhuǎn)速度。它是設(shè)計慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的環(huán)形光纖陀螺的基礎(chǔ)。S光纖干涉儀模型白光干涉儀

照明光束經(jīng)半反半透分光鏡分成兩束光，分別投射到樣品表面和參考鏡表面。從這兩個表面反射的兩束光再次通過分光鏡后合成一束光，并由成像系統(tǒng)在CCD相機感光面形成兩個疊加的像。由于兩束光相互干涉，在CCD相機感光面會觀察到明暗相間的干涉條紋，故可以據(jù)此測出樣品的相對高度。幾種物理效應(yīng)（一）應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)光纖受到縱向或軸向機械應(yīng)力作用時，光纖長度、芯徑、折射率會發(fā)生變化，從而引起相位變化：幾種典型的干涉型光纖傳感器(a)光纖聲傳感器；(b)光纖振動加速度傳感器；(c)光纖溫度、壓力傳感器（二）熱脹冷縮效應(yīng)由于干涉型光纖傳感器中的信號臂光纖是可以足夠長的，因此，信號光纖對溫度變化有很高的靈敏度，因而溫度變化對相位調(diào)制影響也是一個重要作用。相位與溫度關(guān)系如下：相位調(diào)制型光纖傳感器特點1.靈敏度高；2.靈活多樣；3.應(yīng)用對象廣泛；4.對光纖有特殊要求，單模傳輸參考文獻：

張國順《光纖傳感技術(shù)》1988.10第一版；董海兵、王秋燕《光纖FP干涉儀的調(diào)制原理和算法基礎(chǔ)》2009.6；