光相位调制检测系统第六章.ppt

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1、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 nL光程差 2n/0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

2、.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 干涉信号的方向判别与计数正反位移的区分，正向移动加脉冲，反向移动减脉冲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/2的干涉条纹光强信号sin、cos.2.接收

3、得到两路相互差/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/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/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

4、次，产 生/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=Ln 光纤长度变化产生的相位变化d=L/dd 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

5、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 1x耦合器分光 两路 x4x x3x 在x 处叠加干涉n性能：最小探测位移0.4mn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PdHx x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