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#答案:(1)工作原理:光偏振調(diào)制,是指外界信號(被測量)通過一定方式使光纖中光波的偏振面發(fā)生規(guī)律性偏轉(zhuǎn)或產(chǎn)生雙折射,從而導(dǎo)致光的偏振特性變化,通過檢測光的偏振變化即可測出外界被測量。物質(zhì)在磁場的作用下使通過的平面偏振光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象稱為磁致旋光效應(yīng)或法拉第(Faraday)效應(yīng)。即處于磁場中的光纖會使在光纖中傳播的偏振光發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)角度Q與磁場強度H、磁場中光纖的長度L成正比。二VHL式中v是菲爾德(Verket)常數(shù),是光纖的材料常數(shù)。由于載流導(dǎo)線在周圍空間產(chǎn)生的磁場Q=VLI=VNI滿足安培環(huán)路定律,對于長直導(dǎo)線有H=I/(2nR),因此只要測量Q,L,R的值,就可以由R求出長直導(dǎo)線中的電流I。工作過程:從激光器1中發(fā)出的激光束經(jīng)起偏器2、物鏡3耦合進入單模光纖4。6是高壓載流導(dǎo)線,通過其中的電流為I。5是繞在導(dǎo)線上的光纖,在這一段光纖上產(chǎn)生磁光效應(yīng),使通過光纖的偏振光產(chǎn)生一角度為Q的偏振面的旋轉(zhuǎn)。出射光經(jīng)偏振棱鏡8把光束分成振動方向垂直的兩束偏振光。再通過光探測器7變?yōu)殡娦盘?,分別送進信號處理單元9進行運算。最后計算輸出的將是函數(shù)屬于功能型偏振態(tài)調(diào)制型應(yīng)用:最典型的例子就是電力系統(tǒng)中高壓傳輸線用的光纖電流傳感器下圖為光纖長周期光柵折射率傳感示意圖,請分析說明(1)此傳感器的工作原理、過程及應(yīng)用(2)如何進一步提高靈敏度(3)屬于功能型還是非功能型(4)此傳感器的調(diào)制類型LPG折射率傳感示意圖答案:(1)光波長調(diào)制,是指外界信號(被測量)通過選頻、濾波等方式改變光纖中傳輸光的波長,測量波長變化即可檢測到被測量,這種調(diào)制方式稱為光波長調(diào)制。長周期光纖光柵是一種透射型光纖光柵,無后向反射,在傳感測量系統(tǒng)中不需要隔離器,測量精度高。LPG的耦合發(fā)生在芯層導(dǎo)模與同向傳輸?shù)陌鼘幽Vg,因包層的漸逝場分布延伸到了包層外的介質(zhì)中。這決定了LPG本質(zhì)上對外界折射率非常敏感,尤其是當(dāng)外界折射率接近包層折射率時更加敏感。過程:輸入光纖的光模式包括芯模和包層模,當(dāng)?shù)竭_LPG光柵處,發(fā)生芯模繼續(xù)沿著光纖纖芯進行傳輸,而包層模發(fā)生漸逝場的延伸與周圍介質(zhì)直接接觸,于是在終端接收處反映了周圍介質(zhì)的變化量,對應(yīng)輸出為多強度震蕩。應(yīng)用:直接用LPG可以實現(xiàn)折射率的測量、用于化學(xué)濃度的指示等。
(2)根據(jù)工作原理,(人們提出了應(yīng)用不同光纖光柵來實現(xiàn)折射率的傳感,并提出了許多種方法或手段來提高測量靈敏度,如腐蝕或側(cè)面拋磨的FBG、LPG、閃耀光柵、多模光纖LPG、FBG構(gòu)成的FFPI以及LPG構(gòu)成的M-Z干涉儀等)(3)功能型(4)波長調(diào)制型下圖為膜片反射式光纖壓力傳感器示意圖,請分析說明(1)此傳感器的工作原理和工作流程(2)屬于功能型還是非功能型(3)此傳感器的調(diào)制類型(4)此傳感器可用于什么場合?答案:(1)利用彈性體的受壓變形,將壓力信號轉(zhuǎn)換成位移信號,控制發(fā)射光纖(接收光纖)出射端(入射端);產(chǎn)生相應(yīng)的線位移或角位移,導(dǎo)致進入接收光纖的光束被切割,從而對光纖傳輸?shù)墓鈴娺M行調(diào)制。因此,只要設(shè)計好合理的彈性元件及結(jié)構(gòu),就可以實現(xiàn)壓力的檢測。光纖束的一端分成兩束,其中一束為輸入光源光纖,一束為接收光纖,在Y形光纖束前端放置一感壓膜片,當(dāng)膜片受壓變形時,使光纖束與膜片間的距離發(fā)生變化,從而使輸出光強受到調(diào)制??梢姡谝欢ǚ秶鷥?nèi),膜片中心撓度與所加的壓力呈線性關(guān)系。若利用Y形光纖束檢測位移特性的線性區(qū),則傳感器的輸出光功率亦與待測壓力呈線性關(guān)系。(2)非功能型(3)光強調(diào)制型應(yīng)用:一架飛行器為了監(jiān)測壓力、溫度、振動、起落駕駛狀態(tài)、超聲波場和加速度情況,所需要的傳感器超過100個。下圖為線性調(diào)頻半導(dǎo)體激光絕對干涉測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖,請分析說明(1)工作流程(2)屬于功能型還是非功能型(3)此傳感器的調(diào)制類型(4)此傳感器可用于什么場合?圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖答案:(1)工作流程:LD發(fā)射光源,調(diào)頻光經(jīng)校準后射向1/8波片和測量反射鏡M,從1/8波片前表面的反射光作參考光?從測量反射鏡M反射的光作為測量光波。二光波各自經(jīng)過不等路徑產(chǎn)生相對延時,然后會合在一起產(chǎn)生干涉并形成光拍。光拍頻率與二波光程差(1/8波片和反射鏡M之間距離)d成正比。光拍信號由光電探測器件處理后,計算拍頻周期數(shù)得到被測距離。該裝置變?yōu)閱晤l激光干涉儀,接助精密導(dǎo)
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