文档介绍：第9章 光纤传感器
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光调制与解调技术
第9章 光纤传感器
光纤传感器基础
光纤传感器实例
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第纤传感器；后者是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，用以传输来自远处或难以接近场所的光信号，因此，也称传光型光纤传感器。表9-1列出了常用的光纤传感器分类及简要工作原理。
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第9章 光纤传感器
表9-1 光纤传感器分类
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第9章 光纤传感器
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第9章 光纤传感器
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第9章 光纤传感器
光纤传感器具有很多的优点，是对以电为基础的传统传感器的革命性变革，发展前景是极其光明的。但是，目前光纤传感器的成本较高,在这方面仍面临着传统传感器的挑战，存在着与传统传感器和其它新型传感器的竞争问题。为此，有必要说明光纤传感器的可能发展趋势：
① 当前应以传统传感器无法解决的问题作为光纤传感器的主要研究对象。
② 集成化光纤传感器。
③ 多功能全光纤控制系统。
④ 充分发挥光纤的低传输损耗特性，发展远距离监测系统。
⑤ 开辟新领域。
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第9章 光纤传感器
光的调制和解调可分为：强度、相位、偏振、频率和波长等方式。
光的调制过程就是将一携带信息的信号叠加到载波光波上；完成这一过程的器件叫做调制器。
在光纤传感器中，光的解调过程通常是将载波光携带的信号转换成光的强度变化，然后由光电探测器进行检测。
第二节 光调制与解调技术
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第9章 光纤传感器
强度调制与解调
光纤传感器中光强度调制是被测对象引起载波光强度变化，从而实现对被测对象进行检测的方式。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测。
解调过程主要考虑的是信噪比是否能满足测量精度的要求。
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第9章 光纤传感器
微弯损耗强度调制器的原理如图。当垂直于光纤轴线的应力使光纤发生弯曲时，传输光有一部分会泄漏到包层中去。
几种常用的光强调制技术
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第9章 光纤传感器
外调制技术的调制环节通常在光纤外部，因而光纤本身只起传光作用。这里光纤分为两部分：发送光纤和接收光纤。两种常用的调制器是反射器和遮光屏。
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第9章 光纤传感器
利用折射不同进行光强度调制的原理包括：①利用被测物理量引起传感材料折射率的变化；②利用渐逝场耦合；③利用折射率不同的介质之间的折射与反射。
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第9章 光纤传感器
若采用硅PIN二极管光电探测器，则可略去暗电流噪声效应；进一步假设调制频率远离1／f 噪声效应区域，则可略去探测器噪声，上式可简化为：
强度调制型光纤传感器的关键是信号功率与噪声功率之比要足够大，其功率信噪比RSN可用下列公式计算：
强度调制的解调
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利用上式计算的信噪比，对大部分信号处理和传感器应用已绰绰有余。
但是，光源与光纤、光纤和转换器之间的机械部分引起的光耦合随外界影响的变化；调制器本身随温度和时间老化出现的漂移；光源老化引起的强度变化以及探测器的响应随温度的变化等，比信号噪声和热噪声对测量精度的影响要大得多。应在传感器结构设计中和制造工艺中设法减小这些影响。
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第9章 光纤传感器
光波是横波。光振动的电场矢量E和磁场矢量H和光线传播方向s正交。按照光的振动矢量E、H在垂直于光线平面内矢端轨迹的不同，又可分为线偏振光（又称平面偏振光）、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光。利用光波的这种偏振性质可以制成光纤的偏振调制传感器。
光纤传感器中的偏振调制器常利用电光、磁光、光弹等物理效应。在解调过程中应用检偏器。
偏振调制与解调
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第9章 光纤传感器
如图所示，当压电晶体受光照射并在其正交方向上加以高电压，晶体将呈现双折射现象——普克耳效应。在晶体中，两正交的偏振光的相位变化：
调制原理
1. 普克耳（Pockels）效应
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第9章 光纤传感器
平面偏振光通过带磁性的物体时，其偏振光面发生偏转，这种现象称为法拉第磁光效应，光矢量旋转角：
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第9章 光纤传感器
在垂直于光波传播方向施加应力，材料将产生双折射现象，其强弱正比于应力。这种现象称为光弹效应。偏振光的相位变化：
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