型傳感器原理ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-30 22:02 本頁面
【文章內容簡介】 克爾盒 1） 泡克爾斯效應光纖傳感應用（ 光纖型 ） 圖 塊狀光纖電壓傳感器 如圖 在外加電壓 V 的作用下，各向同性的 電光晶體變?yōu)殡p軸晶體， 產生人工雙折射。雙折 射兩光束的相位差 與外 加電壓 V成正比。下式 中： λ 為入射光波長； 為電光晶體的折射率； γ 為電光晶體的電光系數(shù)； l為電光晶體中的通光長度； d為施加電壓方向的電光晶體厚度； V 為晶體的半波電壓。 303022ln V VdVdVnl?????????? ? ??0n傳統(tǒng)型： 如圖 集成光纖電壓傳感器的理論基礎仍然是泡克耳斯效應，但它是利用平面光無源調制器件進行光調制。 圖 傳統(tǒng)集成光學電壓傳感器結構示意圖 302dVnl???? ?0 1 c o s2II R VV ?? ? ?????? ? ?????????2) 克爾效應光纖偏振傳感應用 如圖 ，同泡克耳斯效應一樣，克爾效應也被用來進行電壓、電場強度的測量，下面介紹一種激光－克爾效應測量系統(tǒng)。由于此激光 — 克爾效應高壓測量系統(tǒng)具有較好的光電轉換關系，比較接近線性關系，而且響應度很快，不僅用于工頻和沖擊場的測量，而且用于直流場的測量。 圖 激光 — 克爾效應光路及 測量系統(tǒng) 3）法拉第效應的光纖偏振傳感應用 實例 1：光纖電流傳感器 如圖 ，由安培環(huán)路定律，距導線軸心為 R處的磁場為： 2IHR??當平面偏振光在強度為 H的磁場作用下，線偏振光在物質中通過的距離 時電矢量 E旋轉角為： 2IVlR? ??圖 光纖電流傳感器結構示意圖 其中， V是物質的費爾德常數(shù)。 繞在導線上的光纖長度為 ： 2l RN??V N I? ? ? ? 代入上式得： 可見，通過光纖的光偏振面偏轉角與被測電流及光纖的匝數(shù)成正比，與光纖圈半徑大小無關 。 圖 ，設載流導線中的電流 時，線偏振光振動方向在檢偏器處的與 Y軸平行，檢偏器 P（普通檢偏器）的方位角為 ； 時的方位為 ，在 P上的投影（即光探測器的輸出信號強度）為 ，則： 圖 檢偏器設置方向原理圖 0I??0I??J 在 附近， 時檢測的靈敏度最高。也就是說，為了獲得較高的靈敏度，檢偏器的方位應與 時到達檢偏器的線偏振光的振動方向成 45176。 角。此時 ： 通常 很小，所以有 ， 由此可見，與 成線性關系 如上圖 ： ? ?222c o s ( ) 1 c o s ( 2 2 )2EJE ? ? ? ?? ? ? ? ?0?? 45? ??0I?? ?2 1 s in ( 2 )2EJ ??? sin 2 2??? J I 實例 2：法拉第效應磁場測量傳感器 圖 法拉第效應測量脈沖磁場的裝置原理圖 4）彈光效應的光纖偏振傳感應用 圖 應光纖壓力傳感器，設入射光通過起偏器和彈光晶體后的瓊斯矢量為： 圖 彈光效應壓力傳感器 001 ()10022iiieeEEEe??? ? ? ?? ??? ? ? ????? ? ? ? ????? ? ? ? ?2* ( ) ( )011 ( 1 s in )42i i i iT T TEI E E e ie e ie I? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 入射光通過 1/4波片，再經過偏振分光棱鏡后的透射光功率為： 其中 為通過起偏器 P后的光功率，設 為光源功率， 為從光源發(fā)出的光到分束棱鏡入射面的傳輸損耗系數(shù)， 為從分束棱鏡出射面到探測器 D的傳輸損耗系數(shù)， 為探測器 D的響應度，則探測器 D輸出的光電流 可表示為： 1I 0I 1L2L1R1i1 0 1 2 11 (1 ) (1 ) (1 si n )2i I L L R ?? ? ? ?1 0 1 2 11 (1 ) (1 ) (1 )2i I L L R ?? ? ?
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