频率调制.PPT

1、光纤pH测量技术 利用法拉第效应制成电流传感器。 习题和思考题 纵向电光效应：一是电场沿着晶体主轴 (光轴方向)，使电场方向与光线方向平行； 横向电光效应：二是电场沿晶体任一主轴x轴或y轴或Z轴加到晶体上，而取通光方向与电场方向相垂直. E E 晶体 晶体 光轴 光轴 KDP（磷酸二氢钾）的纵向电光效应 沿Z轴加电场时, g63 电光系数, Ez电场强度 Example y x y’ x’ 加电压前 P1 P2 ? l KDP的纵向电光效应 P1 P2 ? l U 不加电压 加电压 不同的相位差 对应的偏振态 半波电压： 半波电压是表征电光晶体性能的重要的参数，该电压越小越好。 作为一个例子：KDP（磷酸二氢钾）no=1.512 ,?63=10.6,对于0.54mm光， U?/2 =7.36kV, 而KD*P: no=1.52，?63=23.3: V?=3.29KV 当晶体折射率变化所引起的两正交平面偏振光的相位变化为?时，则称此时电压为半波电压U?/2(或U? )，且 P1 P2 ? l KDP的横向电光效应 U 横向加电压 半波电压 图5—43是利用普克耳效应的光纤电压传感器示意图。调制器晶体可用BGO或BSO晶体。传感器工作过程是，从激光器射出的光由起偏器变为平面偏振光，再入射到调制器电光晶体上。由于电光效应的作用，从电光晶体射出的光变为椭圆偏振光，经1／4波片获得一光学偏置，最后经检偏器输出。 输出的光强为： ?是晶体中两正交平面偏振光的相位差。 某些物质在磁场作用下，线偏振光通过时其振动面会发生旋转，这种现象称为法拉第效应。光的电矢量E旋转角j与光在物质中通过的距离l和磁场强度H成正比 (3) 法拉第效应（磁光效应，磁致旋光） E l H V─费尔德常量， 偏振面的旋转方向由外磁场方向决定: 当光的传播方向与磁场方向一致时，顺着光传播方向看去，j角是左旋的。当光的传播方向与磁场方向相反时，顺着光传播方向看去，j角是右旋的。 ? j l 磁致旋光物质 H ? j l H 右旋 左旋 j j 偏振光一次通过法拉第材料转过角度为j ，而沿相反方向返回时将再旋转j角。因此，两次通过法拉第材料后总的旋转角度为2j 。这样，为了获得大的法拉第效应，可以使光多次穿过材料，若光束在其间反射N次后出射，那么有效旋光厚度为Nl，偏振面的旋转角度提高N倍。 ? Nj l H 信号源 振动面旋转方向与电流的方向有关 法拉第效应光纤传感器 光纤 激光 ? 探测器 光纤电流传感器原理示意图 从本章的我们学习知道，无论是功能型光纤传感器，还是传光型光纤传感器，最终都是利用光波参量的调制来实现待测信息提取的，我们称之为光波调制技术。从光波调制的形式来分类，有强度调制、位相调制、频率调制、偏振调制及波长调制(光纤传感头的光频谱特性随待测物理量变化)。 第 五 章 小 结 第五章 光纤传感器基本原理 opticalfibersensors 光纤传感技术 Optical fiber sensors 第 五 章 光纤传感器基本原理 Fundamental of Optical Fiber Sensor §5.4 频率调制机理 利用外界作用改变光纤中光的频率，通过检测光纤中光的频率的变化来测量各种物理量,这种调制方式称为频率调制。频率调制技术目前主要利用多普勒效应来实现 一、频率调制光纤传感器的基本原理 波源的振动频率f 观察者测得的频率f 由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应。如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小 多普勒效应 ? ? u ?观察 波源不动,观察者靠近波源: 观察者不动，波源运动 波源以速度? 运动，在一个周期T内由S点运动到S’点。这相当于把声源静止时的波长?，由于声源的运动而被压缩在SA之间了,波长变为： S为光源，P为运动物体，Q为观察者所处的位置，若物体P的运动速度为υ，其运动方向如图所示，则从S发出的光频率f , 运动物体接收到的频率为f1，它们之间有如下关系： 经运动物体P散射后，观察者在Q处观察到的运动物体反射的光频率f2为 根据上式，可以设计出多普勒光纤流速、流量测量传感器 多普勒光纤流速测量技术 设光源频率为f，经半反射镜进入光纤射入到被测流体，当流体以速度υ运动时，根据多普勒效应，其向后散射光的频率为f +Δf 或f –Δf （视流向而定） 流体 ? 光纤截面 f f+Df 流体 ? 向后散射光与光纤端面反射光（参考光）经半反射镜，由检偏器检出相同振动方向的光，探测器检测出端面反射光f与后向散射光f +Δf或f -Δf的差拍的拍频Δf，由此可知流体