光相位調(diào)制檢測(cè)系統(tǒng)第六章

光相位調(diào)制檢測(cè)系統(tǒng)第六章第1頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1光相位調(diào)制的檢測(cè)測(cè)量原理：振幅、相位、頻率、偏振的變化

—光的強(qiáng)度的變化—被測(cè)量第2頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、邁克爾遜干涉儀位移量引起光強(qiáng)度變化的次數(shù)為N:

n—干涉儀所在介質(zhì)的折射率

—干涉儀光源在真空中的波長(zhǎng)第3頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⒉馬赫-澤德干涉儀優(yōu)點(diǎn)：避免干涉光路中的光再返回光源，降低光源的不穩(wěn)定噪聲。BS1、BS2為分束鏡PD1、PD2為光電探測(cè)器PD1

=(2/0)LnL——光程差2πn/λ0——空間角頻率第4頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2干涉測(cè)量技術(shù)激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀1.激光光源2.干涉系統(tǒng)：邁克爾遜干涉儀3.光電顯微鏡用于：給出被測(cè)長(zhǎng)度量的起始位置4.干涉信號(hào)處理光電探測(cè)；信號(hào)放大；判向；細(xì)分；可逆計(jì)數(shù)和顯示記錄光電計(jì)數(shù)器顯示記錄裝置待測(cè)物體可移動(dòng)平臺(tái)光電顯微鏡激光光源BS第5頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀

應(yīng)用：長(zhǎng)度、角度、平面度、折射率、氣體或液體含量、光學(xué)元件面形、光學(xué)系統(tǒng)像差、光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部缺陷等的測(cè)量。

光程變化——光相位變化——光強(qiáng)度變化——位移

缺點(diǎn)：1.有小部分光束沿原路返回，影響激光器工作2.由于干涉信號(hào)的變化，正負(fù)位移都是一樣的，所以必須進(jìn)行判向第6頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干涉信號(hào)的方向判別與計(jì)數(shù)

⒈干涉信號(hào)的方向判別與計(jì)數(shù)①正反位移的區(qū)分，正向移動(dòng)加脈沖，反向移動(dòng)減脈沖②干擾造成的反向位移影響的消除第7頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月移相原理原理1.移相得到兩路相互差π/2的干涉條紋光強(qiáng)信號(hào)sin、cos.2.接收得到兩路相互差π/2的電信號(hào)，處理：放大、整形、倒相，得到四路方波信號(hào)微分電路，得到四路相位依次相差π/2的脈沖信號(hào)編號(hào)3.可逆計(jì)數(shù)正順序2加逆順序4減4.四倍頻計(jì)數(shù)

第8頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干涉信號(hào)的移相技術(shù)

機(jī)械移相法1.反射鏡傾斜反射鏡傾斜兩探測(cè)器的間隔為條紋間距的1/4。當(dāng)反射鏡傾斜時(shí)，引起干涉條紋移動(dòng)時(shí)，得到兩路相差/2位相干涉信號(hào)2.窄縫移相法第9頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月翼形板移相

以?xún)砂褰焕鉃檩S，旋轉(zhuǎn)（調(diào)整），使通過(guò)兩板的光線彼此有/4的光程差第10頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鍍膜移相法1.移相膜作用分光：每反射一次產(chǎn)生π/4的位相跳變2.移相：光電探測(cè)器1的兩束相干光各反射一次，兩者無(wú)相對(duì)附加移相；光電探測(cè)器2的兩束相干光，一束沒(méi)有反射，另一反射兩次，產(chǎn)生π/2的相移。12第11頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月偏振光移相法

aba、b為兩束相差的干涉光束

第12頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3

相位調(diào)制型光纖傳感器優(yōu)點(diǎn)：減少了干涉儀長(zhǎng)光路安裝和調(diào)整，使儀器小型化、簡(jiǎn)單化可以通過(guò)增加光纖長(zhǎng)度來(lái)增加靈敏度應(yīng)用：應(yīng)變、溫度、聲音、旋轉(zhuǎn)、加速度、磁場(chǎng)、電流等第13頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖相位調(diào)制原理光纖波導(dǎo)的三個(gè)特征

光纖物理長(zhǎng)度的變化光纖折射率及其分布的變化光纖波導(dǎo)橫向尺寸的變化第14頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖中傳導(dǎo)光的相位變化表示為：光纖波導(dǎo)尺寸變化產(chǎn)生的相位變化

L=L

光纖折射率變化產(chǎn)生的相位變化

n=Ln

光纖長(zhǎng)度變化產(chǎn)生的相位變化

d=L/dd

—光在光纖中的縱向傳播常數(shù)第15頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度變化引起光纖相位變化

T

=L(+n/T)

T

壓力變化引起光纖相位變化壓力應(yīng)變幾何尺寸改變應(yīng)變光彈效應(yīng)折射率變化靜態(tài)條件下的應(yīng)力—應(yīng)變基本關(guān)系E——楊氏模量——泊松比第16頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖干涉儀基本類(lèi)型

第17頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用

1→x耦合器分光兩路x→4→x

x→3→x

在x

處疊加干涉性能：最小探測(cè)位移0.4m速度2cm/s第18頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相位調(diào)制型光纖氣體傳感器

氫敏金屬鈀Pd

氫與金屬鈀Pd會(huì)生成PdHxx由氫的分壓決定

X的大小改變PdHx的晶格常數(shù)傳感臂因此產(chǎn)生應(yīng)力，與參考臂間出現(xiàn)相位差第19頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖聲納

結(jié)構(gòu)：馬赫-澤德?tīng)柛缮鎯x參考臂信號(hào)臂：感受聲信號(hào)耦合器分光合成形成干涉第20頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖聲納的原理對(duì)聲音的感受與轉(zhuǎn)換

=L=k0nL

——光在光纖中的傳播系數(shù)；