第五章节光纤传感基本原理－频率调制幻灯片.pptVIP

光纤传感器基本原理 5.6.2 克尔效应 克尔效应，当外加电场作用在各向同性的透明物质上时，各向同性物质的光学性质发生变化，变成具有双折射现象的各向异性特性，并且与单轴晶体的情况相同。 当外加电场方向与光的方向垂直时， 非寻常光折射率 寻常光折射率 大多数情况下，ne-n0＞0 光纤传感器基本原理 5.6.2 克尔效应 N1、N2相互垂直，与电场分别成±45°。 通光方向与电场方向垂直 不加外电场，无光通过，克尔盒关闭；加外电场，有光通过，克尔盒开启。 光程差： 相位差： 光强关系： 半波电压： 光纤传感器基本原理 5.6.3 法拉第效应 法拉第效应，许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的平面偏振光的偏振方向旋转。 H I 光纤传感器基本原理 5.6.4 光弹效应 应用光弹效应的光纤压力传感器的受光元件上的光强由下式表示 光纤传感器基本原理 5.7 对光纤与光电器件的要求 光纤系统的主要噪声 背向瑞利散射 偏振噪声 选用长波工作有利 保持单模光纤偏振状态稳定 对光源-激光器的要求 一定功率输出 寿命长 偏振相干性好 相干长度要提高 幅度噪声要降低 解决三个问题 相位噪声要降低 * 光纤传感技术及应用 第五章 光纤传感器基本原理 光纤传感器基本原理 5.4 频率调制机理 频率调制方式 利用运动物体反射或散射光的多普勒效应来检测其运动速度 某些材料的吸收和荧光现象随外界参量也发生频率变化 量子相互作用产生的布里渊和拉曼散射 当光源和观察者作相对运动时，观察者接收到的光频率和光源发射的频率不同，这种现象称为多普勒效应。 激光多普勒测速的基本原理和特点 声学领域中的多普勒效应 在声学领域内，多普勒效应早为人们熟知，它是10世纪德国物理学家多普勒首先发现的。一个向着声源运动的观察者所遇到的声波频率比静止不动时所遇到的声波频率要高。相反，对于一个离开声源运动的观察者来说，所遇到的声波频率就比他静止不动时所遇到的低。 在日常生活中，站在火车站台上，当火车鸣着汽笛从身边经过的一瞬间，所听到的汽笛声音调突然由高变低了，这就是多普勒效应的一种表现。 激光多普勒测速的基本原理和特点 爱因斯坦在他的狭义相对论中早就指出：在光波领域中也存在着类似的多普勒效应，而且可以利用这一效应来测量运动物体的速度。当光射向一个运动着的物体时，从观察者(或光电接收器)看来，由运动物体散射的光将产生频率变化，它与物体的运动速度、方向、入射光的波长、方向和观察者的位置有关，如果后几个因素都是已知的，那么只要测得频率变化，就能推算出物体的运动速度。利用这一原理来测量运动物体、流体和气体速度的技术就被祢为多普勒测速技术。 光波领域中的多普勒效应 激光多普勒测速的基本原理和特点 光波领域中的多普勒效应 用多普勒技术还可以测量振动、长度等物理参数。由于激光具有亮度高、单色性好等优点，所以很自然地成为一种比较理想的光源，而被测流体和气体中自然存在(或者人为加入)并以相同速度随它们一起流动的微粒就成为流速测量的媒介，只要测出这些散射微粒的运动速度，就等于测出了流体的速度。 光纤传感器基本原理 5.4 频率调制机理 光源和观察者处于同一位置。 频率为f的光照射在速度为υ的运动物体上，那么观察者接收的运动物体反射光频率f1为 式中，c是真空中光的速度；θ是光源至观察者方向与运动方向的夹角 光纤传感器基本原理 5.4 频率调制机理 当光源和观察者处于相对静止的二个位置,可当作双重多普勒效应来考虑。 激光多普勒测速的基本原理和特点 光外差(光混频) 光波的频率是很高的， 约为500THz(5×1014Hz)， 但由于物体运动而产生的光波的 相对频移却不超过2v/λ， 如果物体以1m/s的速度运动， 其最大频移也只不过3.3MHz。 目前，世界上还没有一种仪器能直接准确地测量光的频率，更不用说分别测量两束如此相近的光的频率再进行相减了，那么怎样才能测出这一多普勒频移量呢? 激光多普勒测速的基本原理和特点 在此，不妨让我们先看一看日常生活中的无线电接收机，它所接收的在空中传播的无线电波信号也是极其微弱的，但它采用了超外差的接收技术，得到了满意的收效。在无线电接收机中．将微弱的输入信号与接收机中产生的另一个频率与它相近的信号进行混频(后一信号称为本机振荡信号)。这两个信号被同时送到一个具有平方律检波特性的器件(通常是一个两极管)上，然后就会产生一个新的信号，它的频率等于两个输入信号频率之差。 光外差(光混频) 激光多普勒测速的基本原理和特点 光外差(光混频) 设输入信号为 本机振荡信号为 那末平方律器件的输出为： 把这一电流信