物理光學(xué)大作業(yè)-基于光纖馬赫-澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì).ppt

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基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),,定義：光纖傳感器以光學(xué)測(cè)量為基礎(chǔ)，以光纖為傳光或傳感的媒體將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光波的變化。工作原理：使光波強(qiáng)度、頻率、相位和偏振態(tài)四個(gè)參數(shù)之一隨被測(cè)量變化，即使四量之一被待測(cè)量調(diào)制，再結(jié)合光探測(cè)器和解調(diào)器便可測(cè)出被測(cè)量。,一、光纖傳感器簡(jiǎn)介,基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),電源,敏感元件,信號(hào)接收,信號(hào)處理,光纖,被測(cè)量,,光強(qiáng),頻率,相位,偏振態(tài),,調(diào)制,解調(diào),光纖傳感器,被測(cè)信號(hào),基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),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(cè)力方法設(shè)計(jì),1)高靈敏度。例如馬赫—澤德光纖干涉儀能檢測(cè)到0.1urad的相位差，若光源的波長(zhǎng)為1um，相當(dāng)于光程差。2)抗電磁干擾。由于光纖傳感器檢測(cè)系統(tǒng)不傳送電信號(hào)，因此，光信號(hào)在傳輸中不會(huì)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(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、耗能小。4)電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性。光纖是化學(xué)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(cè)量時(shí)，不存在漏電和電擊的危險(xiǎn)。,光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn):,基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),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(jié)構(gòu)與原理簡(jiǎn)介,基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),光纖邁克爾遜干涉儀,,,,,,基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),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(cè)力方法設(shè)計(jì),光纖馬赫—澤德干涉儀,,,,,,,基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),三、測(cè)力元件結(jié)構(gòu),基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),四、數(shù)學(xué)模型,,,光波通過長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖后，出射光波的相位延時(shí)為,—光在光纖中的傳播常數(shù)—光在光纖中的波長(zhǎng)—光在真空中的波長(zhǎng)—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(cè)力方法設(shè)計(jì),,,,應(yīng)變效應(yīng),光彈效應(yīng),泊松效應(yīng),由光纖長(zhǎng)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(duì)于一般的單模光纖，泊松效應(yīng)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(cè)力方法設(shè)計(jì),根據(jù)彈性力學(xué)，光纖的折射率的變化是應(yīng)變的光學(xué)效應(yīng)的結(jié)果。對(duì)于均勻的，各向同性光纖材料，不考慮泊松效應(yīng)，可得,,,,,,—光纖的光彈系數(shù),基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),結(jié)合胡克定律:,可得,于是,基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),五、測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),基于光纖馬赫—澤德干涉的測(cè)力方法設(shè)計(jì),