相位调制型光纤传感器

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1、.,相位调制型光纤传感器,.,相位调制型光纤传感器,传感器基本原理,传感器具体实现方法：干涉仪,.,基本传感机理,相位变化,干涉测量技术,光强变化,光探测器对相位变化不敏感,特点：高灵敏度,.,相位调制基本原理,单模光纤出射和入射光的相位差,外界物理量变化引起光波相位变化,.,引起相位变化的几种效应,应力应变效应 应变效应：光纤长度变化 光弹效应：光纤纤芯折射率变化 泊松效应：光纤纤芯直径变化 温度应变效应：光纤长度变化以及折射率变化,温度,机械应力作用,.,光纤长度变化引起的相位延迟,感应折射率变化引起的相位延迟,光纤的半径改变引起的相位延迟,应力应变效应,.,采用一个空心的压电陶瓷圆柱筒(

2、PZT),实现纵向、径向应变最简便的方法,.,温度效应,温度应变效应类似于应力应变效应,.,干涉测量,光探测器对光的相位变化都不敏感，须采用干涉技术将相位变化转化为强度变化 相位变化将引起干涉条纹的运动，记录干涉条纹移动的数目，就可测得相位的变化,.,干涉的三个必要条件 两叠加光波的位相差固定不变 振动方向相同 频率相同 两个补充条件 振幅差不悬殊 光程差要小于波列长度,相干条件,.,光纤干涉仪的一般系统结构,L激光器；P1分束器；P2耦合器；D检测器,.,典型干涉测量仪与光纤干涉传感器,常用干涉仪,迈克尔逊(Michelson)干涉仪 马赫-泽德尔(Mach-Zender)干涉仪 萨格纳克(

3、Sagnac)干涉仪 法布里-泊罗(Fabry-Perot)干涉仪,.,迈克尔逊干涉仪,此类探测器可以测量位移，应变微振动等，测量精度高。若光纤反射端面的反射率接近1，那么光探测器的光强：,.,迈克尔逊干涉仪实际应用：,光纤加速度传感器,.,2马赫-曾德干涉仪,原理图：,.,由移动平面镜的位移获得两相干光束的相位差，在光检测器是产生干涉 优点：没有激光返回激光器，噪声小，稳定性好。对干涉影响小。 缺点：系统要求环境温差不能太大。,马赫-曾德干涉仪实际应用,.,马赫-曾德干涉仪实际应用：,光纤压力温度传感器,.,3.Sagnac干涉仪,原理图,.,若平台以角速度顺时针旋转时，则在顺时针方向传播的

4、光较逆时针方向传播的光延迟大。这个相位延迟量可表示为：,3.Sagnac干涉仪实际应用,A为光路系统围成的面积，c为光速，w为光路系统旋转的角速度,.,通过检测干涉条纹的变化，就知道旋转速度 萨格纳克效应是目前许多惯性导航系统所用的环形激光陀螺和光线陀螺的设计基础。,Sagnac干涉仪,.,Sagnac干涉仪实际应用：,光纤陀螺仪,.,4. Fabry-Perot干涉仪,原理图,两平行平面镜的反射率通常非常大，一般大于或等于95 %,.,法布里珀罗干涉仪是多光束干涉。根据多光束干涉的原理，探测器上探测到的干涉光强的变化为,当0,2p,4p,时，干涉光强有最大值。 当p,3p,5p,时干涉光强有最小值,R是反射系数,.,Fabry-Perot干涉仪实际应用,它与一般法布里珀罗干涉仪的区别在于以光纤光程代替空气光程，以光纤特性变化来调制相位代替以传感器控制反射镜移动实现调相。,.,反射率越大，干涉光强变化越明显，分辨率越高。它是能用于现代科学的最灵敏的位移测量装置之一。,Fabry-Perot干涉仪,.,谢谢！,