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文档简介

第七讲相位调制型光纤传感《光纤传感原理》相位调制原理传感应用举例光纤陀螺本讲小结1北京交大光信息所机理：被测对象导致光纤中传输光的相位变化，利用干涉仪检测这种相位变化得到被测对象的信息。应用：光弹效应的声、压力或振动传感器；磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；电致伸缩的电场、电压传感器；Sagnac效应的旋转角速度传感器（光纤陀螺）优点：适用范围广，灵敏度极高，精度可达0.1rad。缺点：结构较复杂、需要高精度检测系统，成本高。引言02北京交大光信息所相位调制原理1基本公式其中第一项表示光纤长度变化引起的相位差（应变效应或热胀效应），第二项为光纤折射率变化引起的相位差（光弹效应或热光效应），第三项为光纤芯径变化引起的相位差（波导效应）。3北京交大光信息所设信号光与参考光的场强分别为：两光束相干产生的干涉场分布为

相应的光强分布为

这样，相位变化转换为强度变化，因此可通过测量强度变化获得被测信号的大小。相位调制传感机理5北京交大光信息所光纤加速度计传感应用举例21.氦氖激光器；2、12.分束器；3.反向镜；4、11.透镜；5.单模光纤；6.质量块；７.顺变柱体；８、１０.压电变换器；9.驱动器；13.光探测器；14.差动放大器；15.频谱仪6北京交大光信息所激光束通过分束器后分为两束光:透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。测量光束经透镜耦合进入单模光纤，单模光纤紧紧缠绕在一个顺变柱体上，顺变柱体上端固定有质量块。顺变柱体作加速运动时，质量块的惯性力使圆柱体变形，从而使绕在其上面的单模光纤被拉伸，引起光程差的改变。相位改变的激光束由单模光纤射出后与参考光束在分束器处会合，产生干涉效应。在垂直位置放置的两个光探测器接收到亮暗相反的干涉信号，两路电信号由差动放大器处理。原理7北京交大光信息所光纤振动传感器8北京交大光信息所光纤温度传感器干涉仪包括激光器、扩束器、分束器、两个显微物镜、两根单摸光纤(其中一根为测量臂，一根为参考臂)、光探测器等。10北京交大光信息所光纤位移传感器12北京交大光信息所光纤动态压力传感器该压力传感器的灵敏度极高，实用价值大，适用于微声压的测量，对测量空间尺寸受限场合应用更是优越。工作带宽0~20MHz.14北京交大光信息所实验结果15北京交大光信息所光纤陀螺3

Sagnac效应Stokes定理

1913年,萨格纳克发明一种可以旋转的环形干涉仪:将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。这就是萨格纳克效应。参阅教材P7-1116北京交大光信息所光纤陀螺原理图

1976年，美国Utah大学的Vali和R.W.Shorthill成功地制作了第一个光纤陀螺(FOG-FiberOpticGyroscope)。它标志着第二代光学陀螺、光纤陀螺的诞生(第一代光学陀螺为激光陀螺)。

I-FOG

R-FOG17北京交大光信息所内容

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