物理光學大作業(yè)-基于光纖馬赫-澤德干涉的測力方法設計.ppt

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基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,,定義：光纖傳感器以光學測量為基礎，以光纖為傳光或傳感的媒體將被測量的變化轉換成光波的變化。工作原理：使光波強度、頻率、相位和偏振態(tài)四個參數(shù)之一隨被測量變化，即使四量之一被待測量調(diào)制，再結合光探測器和解調(diào)器便可測出被測量。,一、光纖傳感器簡介,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,電源,敏感元件,信號接收,信號處理,光纖,被測量,,光強,頻率,相位,偏振態(tài),,調(diào)制,解調(diào),光纖傳感器,被測信號,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,表1光纖傳感器的類型及分類,注:MM—多模光纖;SM—單模光纖;PM—偏振保持光纖a—功能型；b—非功能型；c—拾光型,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,1)高靈敏度。例如馬赫—澤德光纖干涉儀能檢測到0.1urad的相位差，若光源的波長為1um，相當于光程差。2)抗電磁干擾。由于光纖傳感器檢測系統(tǒng)不傳送電信號，因此，光信號在傳輸中不會與電磁波發(fā)生作用，也不受任何電噪聲的影響，在電力系統(tǒng)的檢測中得到了廣泛應用。3)結構簡單、體積小、質(zhì)量輕、耗能小。4)電絕緣性和化學穩(wěn)定性。光纖是化學性能穩(wěn)定的高絕緣物質(zhì)，且敏感元件可以做成電絕緣和電無源元件。5)良好的安全性。光纖傳感器的敏感元件是電無源的，故在生物體內(nèi)測量時，不存在漏電和電擊的危險。,光纖傳感器的優(yōu)點:,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,光纖邁克爾遜干涉儀光纖薩格納克干涉儀光纖馬赫—澤德干涉儀,二、光纖干涉儀結構與原理簡介,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,光纖邁克爾遜干涉儀,,,,,,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,光纖薩格納克干涉儀,,,相位差（薩格納克相移）,）,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,光纖馬赫—澤德干涉儀,,,,,,,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,三、測力元件結構,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,四、數(shù)學模型,,,光波通過長度為L的光纖后，出射光波的相位延時為,—光在光纖中的傳播常數(shù)—光在光纖中的波長—光在真空中的波長—纖芯的折射率,n,光纖中的光波在外界因素的作用下，其相位的變化為,,,,,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,,,,應變效應,光彈效應,泊松效應,由光纖長度變化引起的相位變化,由光纖的折射率變化引起的相位變化,由纖芯半徑變化引起的相位變化,對于一般的單模光纖，泊松效應引起的相位變化僅為總量的0.026%，可以忽略。,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,根據(jù)彈性力學，光纖的折射率的變化是應變的光學效應的結果。對于均勻的，各向同性光纖材料，不考慮泊松效應，可得,,,,,,—光纖的光彈系數(shù),基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,結合胡克定律:,可得,于是,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,五、測量系統(tǒng)的設計,基于光纖馬赫—澤德干涉的測力方法設計,