光相位调制检测系统第六章

第六章 光相位调制检测系统n6.1 光相位调制的检测n6.2 干涉测量技术n6.3 相位调制型光纤传感器6.1 光相位调制的检测测量原理：振幅、相位、频率、偏振的变化 —光的强度的变化—被测量一、迈克尔逊干涉仪n位移量 引起光强度变化 的次数为N:n—干涉仪所在介质的折射率—干涉仪光源在真空中的波 长⒉马赫-泽德干涉仪n优点：避免干涉光路中的光再 返回光源，降低光源的不稳定 噪声nBS1、BS2为分束镜nPD1、PD2为光电探测器PD1 = (2 /0 )L n L——光程差 2πn/λ0——空间角频率6.2 干涉测量技术n激光干涉测长仪1.激光光源2.干涉系统：迈克尔逊干涉仪3.光电显微镜 用于：给出被测长度量的起始 位置 4.干涉信号处理光电探测；信号放大；判向 ；细分；可逆计数和显示记 录光电计数器 显示记录装置待测物体可移动平台光电显微镜激光光源BS激光干涉测长仪应用：长度、角度、平面度、折射率、气 体或液体含量、光学元件面形、光学系 统像差、光学系统内部缺陷等的测量光程变化——光相位变化——光强度变化——位移缺点：1.有小部分光束沿原路返回，影响激光器工作2.由于干涉信号的变化，正负位移都是一样的，所以必须进行判向干涉信号的方向判别与计数 ⒈干涉信号的方向判别与计数①正反位移的区分，正向移动加脉冲，反向移动减脉冲②干扰造成的反向位移影响的消除移相原理原理 1.移相 得到两路相互差π/2的干涉条纹光强信号 sin、cos. 2.接收 得到两路相互差π/2的电信号， 处理 ：放大、整形、倒相，得到四路方波信号 微分电路，得到四路相位依次相差π/2的脉冲信 号编号 3.可逆计数 正顺序2 加 逆顺序4 减 4.四倍频计数干涉信号的移相技术 n机械移相法1.反射镜倾斜反射镜倾斜两探测器的间隔为条纹间距的1/4 。

当反射镜倾斜时，引起干涉条纹移动时，得到两路相差/2位相干涉信号 2.窄缝移相法翼形板移相 n以两板交棱为轴，旋转（调整），使通过两板的光 线彼此有/4的光程差镀膜移相法1.移相膜作用分光：每反射一次产生π/4的位相跳变 2.移相：光电探测器1的两束相干光各反射一次，两者无相对附加移相；光电探测器2的两束相干光，一束没有反射，另一反射两次，产 生π/2的相移12偏振光移相法 aba、b为两束相差 的干涉光束 6.3 相位调制型光纤传感器n优点：减少了干涉仪长光路安装和调整，使仪器小 型化、简单化n 可以通过增加光纤长度来增加灵敏度n应用：应变、温度、声音、旋转、加速度、磁场、 电流等光纤相位调制原理n光纤波导的三个特征光纤物理长度的变化光纤折射率及其分布的变化光纤波导横向尺寸的变化光纤中传导光的相位变化表示为：光纤波导尺寸变化产生的相位变化 L=L 光纤折射率变化产生的相位变化 n=Ln 光纤长度变化产生的相位变化 d=L/dd —光在光纤中的纵向传播常 数温度变化引起光纤相位变化T = L (+n/T ) T 压力变化引起光纤相位变化n压力应变几何尺寸改变n应变光弹效应折射率变化 静态条件下的应力—应变基本关系E——杨氏模量 ——泊松比光纤干涉仪基本类型 光纤迈克尔逊干涉仪的应用n 1→x耦合器分光 两路 x→4→xx→3→x在x 处叠加干涉n性能：最小探测位 移0.4mn速度2cm/s相位调制型光纤气体传感器 氢敏 金属钯Pd氢与金属钯Pd会生成PdHxx由氢的分压决定X的大小改变PdHx的晶格常 数传感臂因此产生应力，与参 考臂间出现相位差光纤声纳结构： 马赫-泽德尔干涉仪参考臂信号臂：感受声信 号耦合器分光合成形成干涉光纤声纳的原理n对声音的感受与转换  = L = k0nL ——光在光纤中的传播系数；k0 ——光在真空中的传播系数；n ——光纤芯的折射率L ——被测场与测量光纤的作用长度n PZT调制器 对参考臂光路中引入一定的相位偏置 。