光相位调制检测系统第六章

光相位调制检测系统第六章第一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日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—被测量第二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日一、迈克尔逊干涉仪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第三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日⒉马赫-泽德干涉仪优点：避免干涉光路中的光再返回光源，降低光源的不稳定噪声。BS1、BS2为分束镜PD1、PD2为光电探测器PD1

=(2/0)LnL——光程差2πn/λ0——空间角频率第四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日6.2干涉测量技术激光干涉测长仪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第五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日激光干涉测长仪

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，所以必须进行判向第六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日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第七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日移相原理原理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

第八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日干涉信号的移相技术

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.窄缝移相法第九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日翼形板移相

以两板交棱为轴，旋转（调整），使通过两板的光线彼此有/4的光程差第十页，共二十一页，编辑于2023年，星期日镀膜移相法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第十一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日偏振光移相法

aba、b为两束相差的干涉光束

第十二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日6.3

相位调制型光纤传感器优点：减少了干涉仪长光路安装和调整，使仪器小型化、简单化可以通过增加光纤长度来增加灵敏度应用：应变、温度、声音、旋转、加速度、磁场、电流等第十三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日光纤相位调制原理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第十四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日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第十五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日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压力应变几何尺寸改变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——泊松比第十六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日光纤干涉仪基本类型

第十七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日光纤迈克尔逊干涉仪的应用

1→x耦合器分光两路x→4→x

x→3→x

在x

处叠加干涉性能：最小探测位移0.4m速度2cm/s第十八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日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第十九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日光纤声纳

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第二十页，共二十一页，编辑于2023年，星期日光纤声纳的原理对声音的感受与转换

=L=k0nL

——光在光纤中的传播系数；