文档介绍：物理光学大作业
题目基于光纤马赫-泽德干涉的
测力方法设计
班号*******
学号**********
学生姓名********
哈尔滨工业大学
摘要:设计了一种利用光纤马赫—泽德干涉的测力的方法。固定在弹性元件上的光纤随弹性元件的受力形变而发生形变,从而引起相位的变化。由相位的变化可以得出形变的大小,再根据胡克定律,可得弹性元件受力大小。
关键词:光纤马赫—泽德干涉;测力;胡克定律
1 引言
自1881年迈克尔逊发明迈克尔逊干涉仪以来,将光的干涉现象用于测量变得简单可行,此后又出现了萨格纳克干涉仪、马赫—泽德干涉仪、法布里—泊罗
干涉仪等一些干涉仪。这些干涉仪与1960年出现的激光结合能提供一种前所未有精确、快速、非接触的测量。
由于干涉光路的搭建非常困难,使得这些干涉仪在复杂的外界环境中的应用受限。光纤的出现改变了这一情况。使用光纤可以方便的改变光路,用光纤搭建上述干涉仪的干涉光路就可以构成相应的光纤干涉仪。
在光纤通讯中,光纤作为传输介质传输信息。在传输过程中,光纤易到外界因素的干扰,如温度,压力等,这些变化会导致光波参数(强度、相位、频率、偏振态等)发生变化。于是可以通过测量光波参数的变化,就可以知道外界物理参数的变化,由此就产生了光纤传感技术。
2 光纤传感器简介
光纤传感器以光学测量为基础,以光纤为传光或传感的媒体将被测量的变化转换成光波的变化。实际上,只要能使光波强度、频率、相位和偏振态四个参数之一随被测量变化,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。这便是光纤传感器的基本工作原理。
光纤传感器可分为光强调制,相位调制,偏振态调制和频率调制四种形式。其中常用的是光强调制和相位调制。
按光纤在传感器中所起的作用,光纤传感器又分为功能型(传感型)、非功能型(传光型) 和拾光型光纤传感器三类。功能型光纤传感器中的光纤不仅起着传输光波的作用,而且还作为敏感元件感受被测量的变化。由于它对光波实行了“调制”,所以它既传光,又传感。传光型光纤传感器的光纤仅用于传输光波,对光的调制用其他元件实现。拾光型光纤传感器是用光纤作为探头,接收有被测对象反射、散射或辐射的光,典型的例子是光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器。[1,2]
各种光纤传感器的类型及分类如表1所示。[1]
表1光纤传感器的类型及分类
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、PM
SM、PM
SM、PM
SM、PM
SM、PM
a
a
a
a
a
非干涉型
强度调制光纤传感器
遮光板遮挡光路
半导体透射率的变化
荧光辐射、黑体辐射
光纤微弯损耗
振动膜后液晶的反射
气体分子的吸收
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
MM
MM
MM
SM
MM
MM
MM
b
b
b
b
b
b
b
偏振调制光纤传感器
法拉第效应
泡尔效应
双折射变化