【正文】 但不能檢測污濁液體及會(huì)粘附在測頭表面的粘稠性物質(zhì)。這樣可以有效提高檢測信噪比。 ?為了改善光纖對(duì)壓力的傳感靈敏度，通常在包層外再涂復(fù)一層特殊材料。 50 相位干涉式位移傳感器 MachZehnder光纖干涉儀是應(yīng)用較為廣泛的一種干涉儀。該檢測器的 6個(gè)內(nèi)表面安裝著 6個(gè)太陽能電池。另一塊板可用壓電式變換器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)位移。 48 變形器由兩塊有機(jī)玻璃波紋板組成，每塊波紋板共有 5個(gè)波紋，每個(gè)波紋的長度為 3mm。此光纖沒有涂覆層，數(shù)值孔徑等于 。波紋板周期的長度 Λ與傳播常數(shù)間滿足下式： ? 39。微彎程度不同，泄漏光波的強(qiáng)度也不同、從而實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)度的調(diào)制。 I143 44 45 內(nèi)調(diào)制式位移傳感器 利用微彎效應(yīng)制作的位移傳感器是一種典型的內(nèi)調(diào)制式光纖傳感器。有一最大輸出值 — “ 光峰點(diǎn) ” 。 探頭緊貼被測件時(shí)，無光接收沒有電信號(hào)。在后坡區(qū) II,信號(hào)的減弱約與探頭和被測表面之間的距離平方成反比 ,可用于距離較遠(yuǎn)而靈敏度、線性度和精度要求不高的測量。 mmd ?42 典 型位移－輸出曲線如圖所示。(c)共軸內(nèi)發(fā)射分布 。在光纖探頭的端部 ,發(fā)射光纖與接收光纖一般有四種分布 :(a)隨機(jī)分布 。根據(jù)被測目標(biāo)表面光反射至接收光纖束的光強(qiáng)度的變化來測量被測表面距離的變化。 同時(shí)為了區(qū)別并消除從發(fā)射透鏡和光纖前端面反射回來的光，在光探測器前裝一塊 偏振片 R，從而使光探測器只能檢測出與原光束偏振方向相垂直的 偏振光 。 40 激光多譜勒光纖測速系統(tǒng) 激光沿著光纖入射到測速點(diǎn) A上 ， 然后 后向散射光 與 光纖端面的反射或散射光 起沿著光纖返回 ，其中纖維端面的反射或散射光是作為參考光使用 。 目前主要是利用光學(xué)多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。5039。假定反射率為 95%,那么在任何情況下 ,激光器輸出光的 95%將朝著激光器反射回來 ,余下的 5%的光將透過平面鏡而進(jìn)入干涉儀的諧振腔內(nèi)。 ??為兩相干光的光程差l?37 4. 法布里 珀羅干涉儀 傳感器 它是由兩塊平行的部分透射平面鏡組成的。 若平臺(tái)以角速度 Ω 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，則在順時(shí)針方向傳播的光較逆時(shí)針方向傳播的光延遲大。 36 3. 薩格納克干涉儀 激光器輸出的兩束光沿著一條由一個(gè)分束器和三個(gè)平面鏡構(gòu)成的閉合光路反方向傳輸 ,它們重新合路后再入射到光檢測器 ,同時(shí)一部分光又返回到激光器。 優(yōu)點(diǎn)：沒有激光返回激光器，噪聲小，穩(wěn)定性好。 相位調(diào)制 應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)： 光纖長度變化 光彈效應(yīng) :光纖芯折射率變化 磁致伸縮效應(yīng)： 光纖芯直徑變化 聲光效應(yīng) 光熱效應(yīng) 薩格納克 (Sagnac)效應(yīng) 檢測原理 相位解調(diào)原理： 光外差檢測原理 33 典型干涉測量儀與光纖干涉?zhèn)鞲衅鳎? 馬赫 澤德爾 (MachZender)干涉儀 法布里 泊羅 (FabryPerot)干涉儀 邁克爾遜 (Michelson)干涉儀 薩格納克 (Sagnac)干涉儀 常用干涉儀 常用光纖干涉?zhèn)鞲衅魇抢蒙鲜鲈碛晒饫w實(shí)現(xiàn)的干涉型光纖傳感器。 2光線1光線光信號(hào)被調(diào)制的? ? ? ? ? ? 光束傳播示意圖 e o o e ? ? ? ? ? ? ? 45o 光信號(hào)被調(diào)制的31 21212s i nIIII????? ??? ?4c o s:2 A光分量振幅軸? ??? ?4s i n:1 A光分量振幅軸 偏振角與光分量的關(guān)系： 1軸2軸OAA?參考矢量4??????? ???4sinA?????? ???4sinA 偏振角 θ與光源強(qiáng)度和通道能量衰減無關(guān)，只與兩分光束的光強(qiáng)有關(guān)系。 到達(dá) ，光軸垂直， o光 1和e光 1的角色互換， o光 2對(duì)應(yīng)的折射率從 n0到 ne， e光 2對(duì)應(yīng)的折射率從 ne到n0， nen0，所以兩光束分開。 此時(shí)出射光強(qiáng)為： ???????? ??? KP LIII 2020 s i n2s i n光彈效應(yīng)示意圖 30 偏振調(diào)制的解調(diào)原理 渥拉斯頓棱鏡 解調(diào)原理 解偏過程：如圖為偏振光分束器，方解石組成。 ?? L H dlV 0? HLV ???29 光彈效應(yīng) 在垂直于光波傳播方向上施加 應(yīng)力 ，被施加應(yīng)力的材料將會(huì)使光產(chǎn)生 雙折射現(xiàn)象 ，其 折射率的變化 與應(yīng)力材關(guān)，這被稱為光彈效應(yīng)。 利用法拉第效應(yīng)可以測量磁場。 dLUrn0330??? ?Pockels效應(yīng)及應(yīng)用 28 法拉第效應(yīng)（磁光效應(yīng)） 某些物質(zhì)在 磁場作用 下， 線偏振光 通過時(shí)其振動(dòng)面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。 偏振調(diào)制 調(diào)制原理： ? 普克爾 Pockels效應(yīng) (電光效應(yīng) ) ? 法拉第磁光效應(yīng) ? 光彈效應(yīng) 解調(diào)原理：檢偏器 27 普克爾效應(yīng)（電光效應(yīng)） 當(dāng) 壓電晶體 受光照射，并在與光照正交的方向上加以高壓電 場時(shí)，晶體將呈現(xiàn) 雙折射現(xiàn)象 ，這種現(xiàn)象被稱為 Pockels效應(yīng)， 如下圖所示。按照光的振動(dòng)矢量 E、 H 在垂直于光線平面內(nèi)矢量軌跡的不同，又可分為線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光。 AA???? 221 ????FA ?調(diào)制原理： 26 光是一種橫波。 非功能型光纖傳感器 傳光型光纖傳感器的光纖只當(dāng)作傳播光的媒介，待測對(duì)象的調(diào)制功能是由其它光電轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。利用其他敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為光信號(hào)的 傳輸介質(zhì) 。 20 光纖傳感器一般可分為兩大類： 一類是 功能型傳感器 （ Function Fiber Optic Sensor），又稱 FF型 光纖傳感器；利用光纖本身感受被測量變化而改變傳輸光的特性，光纖既是 傳光 元件，又是 敏感 元件。 而單模光纖不存在模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散，由于波導(dǎo)色散比材料色散小很多，通?？梢院雎?。對(duì)于多模光纖，既有模式色散，又有模內(nèi)色散，但主要以模式色散為主。取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯包層的相對(duì)折射率差。取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜線寬度。只有多模光纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。 色散的大小常用時(shí)延差表示 ，時(shí)延差是光脈沖中不同模式或不同波長成分傳輸同樣距離而產(chǎn)生的時(shí)間差。 17 光纖的損耗 損耗 散射損耗 制作缺陷 折射率分布不均勻 芯 涂層界面不理想 氣泡、條紋、結(jié)石 本征散射及其他 瑞利散射 布里淵散射 拉曼散射 吸收損耗 本征吸收 紫外吸收 紅外吸收 雜質(zhì)離子的吸收 過渡族金屬離子 OH 離子 彎曲損耗 18 光纖的色散特性 色散的定義 色散的種類 光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈沖展寬 的物理效應(yīng)。 損耗的種類 ?吸收損耗：來源于光纖物質(zhì)和雜質(zhì)的吸收作用； ?散射損耗：光纖材料的不均勻性和尺寸缺陷，如瑞利散射； ?其他損耗：如光纖彎曲也引起散射損耗。 截止波長 λc ?????? 222 12221 nV rnnV rcxc???16 光纖的損耗特性 損耗的定義 當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減小，這種現(xiàn)象即稱為光纖的損耗。傳導(dǎo)模的傳播常數(shù)是限制在纖芯到包層之間的，即 ????? c os2c os 101 nkn ??13 歸一化傳播常數(shù) β/k 0與歸一化頻率 V的關(guān)系曲線 n1n2?? k0HE11HE21 HE31HE12TE01TM01EH11V2 4 6n1~n2EH21HE41HE22TE02TM