物理光学大作业——基于光纤马赫—泽德干涉测力方法设计.pptVIP

定义：光纤传感器以光学测量为基础，以光纤为传光或传感的媒体将被测量的变化转换成光波的变化。 工作原理：使光波强度、频率、相位和偏振态四个参数之一随被测量变化，即使四量之一被待测量调制，再结合光探测器和解调器便可测出被测量。 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 电源 敏感元件 信号接收 信号处理 光纤 被测量 光强 频率 相位 偏振态 调制 解调 光纤传感器 被测信号 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 传感器 光学现象 被测量 光纤 分类 干涉型 相位调制光纤传感器 干涉（磁致伸缩） 干涉（电致伸缩） 萨格纳克效应 光弹效应 干涉 电流、磁场 电场、电压 角速度 振动、压力、加速度、位移 温度 SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM a a a a a 非干涉型 强度调制光纤传感器 遮光板遮挡光路 半导体透射率的变化 荧光辐射、黑体辐射 光纤微弯损耗 振动膜后液晶的反射 气体分子的吸收 光纤泄露膜 温度、振动、压力、加速度、位移 温度 温度 振动、压力、加速度、位移 振动、压力、位移 气体浓度 液位 MM MM MM SM MM MM MM b b b b b b b 偏振调制光纤传感器 法拉第效应 泡尔效应 双折射变化 光弹效应 电场、磁场 电场、电压 温度 振动、压力、加速度、位移 SM MM SM MM b，a b b b 频率调制光纤传感器 多普勒效应 受激喇曼散射 光致发光 速度、流速、振动、加速度 气体浓度 温度 MM MM MM c b b 表1光纤传感器的类型及分类 注:MM—多模光纤;SM—单模光纤;PM—偏振保持光纤 a—功能型；b—非功能型；c—拾光型 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 1)高灵敏度。例如马赫—泽德光纤干涉仪能检测到0.1urad的相位差，若光源的波长为1um，相当于光程差。 2)抗电磁干扰。由于光纤传感器检测系统不传送电信号，因此，光信号在传输中不会与电磁波发生作用，也不受任何电噪声的影响，在电力系统的检测中得到了广泛应用。 3)结构简单、体积小、质量轻、耗能小。 4)电绝缘性和化学稳定性。光纤是化学性能稳定的高绝缘物质，且敏感元件可以做成电绝缘和电无源元件。 5)良好的安全性。光纤传感器的敏感元件是电无源的，故在生物体内测量时，不存在漏电和电击的危险。 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 光纤迈克尔逊干涉仪 光纤萨格纳克干涉仪 光纤马赫—泽德干涉仪 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 相位差 （萨格纳克相移） ） 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 光波通过长度为L的光纤后，出射光波的相位延时为 —光在光纤中的传播常数 —光在光纤中的波长 —光在真空中的波长 —纤芯的折射率 n 光纤中的光波在外界因素的作用下，其相位的变化为 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 应变效应 光弹效应 泊松效应 由光纤长度变化引起的相位变化 由光纤的折射率变化引起的相位变化 由纤芯半径变化引起的相位变化 对于一般的单模光纤，泊松效应引起的相位变化仅为总量的0.026%，可以忽略。 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 根据弹性力学，光纤的折射率的变化是应变的光学效应的结果。对于均匀的，各向同性光纤材料，不考虑泊松效应，可得 —光纤的光弹系数 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 结合胡克定律: 可得 于是 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计 基于光纤马赫—泽德干涉的测力方法设计