物理光学大作业基于光纤马赫泽德干涉的测力方法设计公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

基于光纤马赫基于光纤马赫泽德干涉测泽德干涉测力办法设计力办法设计第1页第1页定义：光纤传感器以光学测量为基础，以光纤为传光或传感媒体将被测量改变转换成光波改变。工作原理：使光波强度、频率、相位和偏振态四个参数之一随被测量改变，即使四量之一被待测量调制，再结合光探测器和解调器便可测出被测量。一、光纤传感器简介一、光纤传感器简介基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第2页第2页电源敏感元件信号接受信号处理光纤被测量光强频率相位偏振态调制解调光纤传感器被测信号基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第3页第3页传感器光学现象被测量光纤分类干涉型 相位调制光纤传感器干涉（磁致伸缩）干涉（电致伸缩）萨格纳克效应光弹效应干涉电流、磁场电场、电压角速度振动、压力、加速度、位移温度SM、PMSM、PMSM、PMSM、PMSM、PMaaaaa非干涉型强度调制光纤传感器遮光板遮挡光路半导体透射率改变荧光辐射、黑体辐射光纤微弯损耗振动膜后液晶反射气体分子吸取光纤泄露膜温度、振动、压力、加速度、位移温度温度振动、压力、加速度、位移振动、压力、位移气体浓度液位MMMMMMSMMMMMMMbbbbbbb偏振调制光纤传感器法拉第效应泡尔效应双折射改变光弹效应电场、磁场电场、电压温度振动、压力、加速度、位移SMMMSMMMb，abbb频 率 调制 光 纤传感器多普勒效应受激喇曼散射光致发光速度、流速、振动、加速度气体浓度温度MMMMMMcbb表1光纤传感器类型及分类注:MM多模光纤;SM单模光纤;PM偏振保持光纤 a功效型；b非功效型；c拾光型基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第4页第4页1)高灵敏度。比如马赫泽德光纤干涉仪能检测到0.1urad相位差，若光源波长为1um，相称于光程差。2)抗电磁干扰。由于光纤传感器检测系统不传送电信号，因此，光信号在传播中不会与电磁波发生作用，也不受任何电噪声影响，在电力系统检测中得到了广泛应用。3)结构简朴、体积小、质量轻、耗能小。4)电绝缘性和化学稳定性。光纤是化学性能稳定高绝缘物质，且敏感元件能够做成电绝缘和电无源元件。5)良好安全性。光纤传感器敏感元件是电无源，故在生物体内测量时，不存在漏电和电击危险。光纤传感器长处光纤传感器长处:基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第5页第5页光纤迈克尔逊干涉仪光纤萨格纳克干涉仪光纤马赫泽德干涉仪二、光纤干涉仪结构与原理简介二、光纤干涉仪结构与原理简介基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第6页第6页光纤迈克尔逊干涉仪光纤迈克尔逊干涉仪 基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第7页第7页光纤萨格纳克干涉仪光纤萨格纳克干涉仪 相位差（萨格纳克相移）基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第8页第8页光纤马赫光纤马赫泽德干涉仪泽德干涉仪 基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第9页第9页三、测力元件结构三、测力元件结构基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第10页第10页四、数学模型四、数学模型 光波通过长度为L光纤后，出射光波相位延时为光在光纤中传播常数光在光纤中波长光在真空中波长 纤芯折射率 n光纤中光波在外界原因作用下，其相位改变为 基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第11页第11页 应变效应光弹效应泊松效应由光纤长度改变引起相位改变由光纤折射率改变引起相位改变由纤芯半径改变引起相位改变对于普通单模光纤，泊松效应引起相位改变仅为总量0.026%，能够忽略。基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第12页第12页 依据弹性力学，光纤折射率改变是应变光学效应结果。对于均匀，各向同性光纤材料，不考虑泊松效应，可得 光纤光弹系数基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第13页第13页结合胡克定律:可得于是基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第14页第14页五、测量系统设计五、测量系统设计基于光纤马赫泽德干涉测力办法设计第15页第15页