基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪的温度测量系统

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光MAMSK相干检测系统综述模板

光MAMSK相干检测系统综述模板1、简介光MAMSK相干检测系统（MAMSK，Mach-Zehnder自适应模式选择）是一种用来检测光纤信号的相干技术。

该技术利用两个Mach-Zehnder干涉仪，结合电子自适应相位调制器，可以实现高速、高灵敏度的光纤测量。

目前，MAMSK技术已经被广泛应用于光通信、光学传感、激光雷达等领域。

2、MAMSK系统原理MAMSK系统主要由两个Mach-Zehnder干涉仪和一个电子自适应相位调制器组成。

其中，第一个Mach-Zehnder干涉仪用于产生一个参考光，第二个Mach-Zehnder干涉仪则用于产生一个待测光和一个参考光的干涉信号。

这些光信号被送到电子自适应相位调制器中，该调制器能够根据反馈信号动态地改变其输出，以实现自适应的相位调节。

通过这种调节手段，可以使待测光和参考光的干涉信号达到最大干涉效应，从而提高信噪比并实现高灵敏度的相干检测。

MAMSK系统原理简单易懂，对于待检测信号需要比较高的信噪比的场合，是一种有效的相干检测手段。

3、MAMSK系统优点MAMSK系统具有以下优点：3.1 高灵敏度MAMSK系统采用光学干涉技术，相比于其他检测手段，其可以实现高灵敏度的检测，对于微弱信号的测量具有优越性。

3.2 自适应性MAMSK系统采用电子自适应相位调制器，可以根据反馈信号实现相位的自适应调节，能够消除光学干涉波动的影响，从而大大提高了系统的实用性和稳定性。

3.3 容易实现MAMSK系统结构简单，设计、制造成本低，便于大规模生产和推广应用。

4、MAMSK系统应用由于MAMSK系统具有高灵敏度、自适应性和易于实现等优点，因此其在光通信、光学传感、激光雷达等领域得到了广泛的应用。

下面是MAMSK系统在几项具体应用中的应用案例介绍：4.1 光通信中的应用光通信中，MAMSK技术被广泛应用于调制器驱动电路中，以实现高精度的光功率控制和光电信号调制等。

4.2 光学传感中的应用在光学传感中，MAMSK技术主要用于纤维光振动传感、纤维水平检测、光学气体传感等领域。

基于全光纤Mach-Zehnder干涉的应变传感测量

（ｃｏｌｆｈｓａｃｎｅａｄＴｃｎｌ￣，ＮｎｉｇＮｒｌｎｖｒｔ，Ｎｎｉｇ２０４ＣｉａＳｈｏｙｉｌｉｃｎｅｈｏｏＰｃＳｅｏａｊｏｍａＵｉｅｉｎｓｙａｊ１０６，ｈｎ）ｎ
Ｖｏ．０Ｎ．１１ｏ１Ｍａ．００ｒ２１
基于全光纤ＭａｈＺｈｄｒ干涉的应变传感测量ｃ—ｅｎｅ
陆华丽，王鸣，霞娟，文华戴郭
（京师范大学物理科学与技术学院，苏南京２０４）南江１０６
ｔｎｅｅｅｃｉｎａｓＴｈｅｘｒｍｅｄｅｉｅｓｈｅｉｔｒｒｎｅｓｇｌ．ｆｅｐｅｉｎｔｖｃｉｕｎｏｌｃｔｄｎｅｓｏｐｒｔＴｈｅｕｔｆｔｅｐｅｍｅｃｍｐｉａｅａｄａｙｔｏｅａｅ．ｅｒｓｌｏｈｅｘｒｎｔｉｐｏｅｈｔｃｍｐｒｄｗｉｈｔｅｓｒｅｐｒｍｅｔｄｖｃｒｖｄｔａｏａｅｔｈｅｓｎｏｘｅｉｎｅｉｅ．ａｌｆｂｅｃＺｅｄｅｎｅｆｒｍｅｅａｇｅｅｅｃｅｌ— ｉｒＭａｈ— ｈｎｒｉｔｒｅｏｔｒｈｓｈｉｈｒｆｑｕｎｙｒ — ｒ
ｔｒｕｈｔｅｅｐｒｍｅｔｎｈａａｗｒｎｙｅｎｒｃｓｅｈｏｇｈｘｅｉｎ，ａｄｔｅｄｔｅｅａａｚｄａｄｐｏｅｓｄ，ａｄｔｅｓｒｉｎｏｍａｉｎｗｓｄｍｏｕａｅ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｆｌｎｈｔａｎｉｆｒｔａｅｄｌｔｄｏｔｏｏ

基于全光纤马赫曾德干涉仪的温度传感器设计

106科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工业技术光纤传感器是20世纪70年代中期基于光导纤维发展起来的一种新型传感器,是光纤和光通信技术迅速发展的产物。

由于光纤传感器以光作为敏感信息的载体,以光纤作为传递敏感信息的媒质,具有极高的灵敏度和分辨率,可靠性好,安全度高,抗干扰和耐腐蚀性强,便于与计算机连接及长距离传输与遥测,且结构简单、体积小、重量轻,目前在航空航天、医疗、电力系统、石油化工、海洋开发、地质及建筑测量等领域得到广泛应用。

本文基于常见的马赫-曾德干涉仪对温度传感器的设计进行了探讨。

1 全光纤马赫-曾德干涉仪的结构与原理全光纤马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder)的结构与原理参见图1。

来自激光器的光束经透镜准直后在耦合器1上分成光强相同的两束光,两光分别经传感臂和参考臂在耦合器2相遇产生干涉光,并出现干涉条纹。

当传感臂光纤温度相对另一条参考臂光纤的温度发生变化引起传感臂光纤的长度、折射率变化,从而使传感臂传输光的相位发生变化,产生干涉条纹移动。

由于干涉条纹的数量可以反映出被测温度的变化,通过光探测器接收到干涉条纹的变化信息,并输入到数据处理系统,即可得到测量温度的目的。

在实际应用中,为了提高干涉条纹的亮度,通常会利用扩展光源,此时干涉条纹是定域的。

以下我们给出全光纤马赫-曾德干涉仪原理的理论分析。

设长度为L的光纤中传播光波的相位为 ,则nL k 00 (1)其中,00/2 k ;0 为光进入光纤前的初始相位;0k 为传播常数;0 为真空中波长;n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。

设参考臂光纤2L 温度不变,传感臂光纤1L 温度变化量为T ,则折射率n 的变化量为n ,传感臂光纤1L 的变化量为1L 。

根据公式(1),光纤1L 的相位1 为:)(21110011L n nL nL(2)当光纤1L 的温度改变后,两光纤在耦合器交会处的相位差为:)(2)(2)(110210200121L n nL L L n(3)如果L L L 21,且初始相位2010 ,则,)(20L n nL(4)两边同除以L 、T ,可得)(210T LL n T n T L (5)公式(5)具有普遍性,其含义是光纤中光的相位在温度每改变1℃时的变化量,其中,等式左边表示单位长度的光纤受温度的影响,等式右边的Δn、ΔL分别表示光纤折射率和长度随温度变化的变化率。

Mach-Zehnder干涉仪差分检测布里渊温度和应变同时传感系统

中存在的问题，提出了一种基于单通光纤Ｍｃａｈ—Ｚｈｄｒ涉仪（Ｉｅｎｅ干ＭＺ）的双端差分检测布里渊温度和应变同时传感系统，通过理论分析证明了系统的可行性。该系统具有成本低，实现简单，可消除光源频率不稳定性干扰等特点，在分布式光纤温度和应变同时测量中具有广阔的应用前景。
ＡｂｔａｔＴｈｈｏｙｏｉｌａｅｕａｕｅｎｆｔｐｒｔｅａｄｓｒｉａｅｎＢｌｕｎｓａｔｒｇｉａａｓｒｃ：ｅｔｅｒｆｓｍｕｔｎｏｓｍｅｓｒｍｅｔｏｅｅａｕｎｔａｎｂｓｄｏｒｌｉｃｔｅｎｓｎ — ｍｒｉｏｉｌｚｄＢｙａａｙｉｇｔｅｐｏｌｆｔｅｐｅｅｔｔｏｓＪａｌｉｅｃ — ｅｎｅｔｒｅｏｔｒｄｆｅｅｔｅｅ — ｙｅ．ｎｌｚｎｈｒｂｅｏｈｒｓｎｍｓｍｅｈｄ，ａ１ｌｆｒＭｈＺｈｄｒｉｅｆｒｍｅｅｉｒｉｄｔｂａｎｆｎａｌｃｔｎｓｓｅｒｐｓｄ，ｗｈｃａ￣ｕｅｔｐｒｔｅａｄｓｒｉｉｕｔｎｏｓｙｉｙｔｉｐｏｏｅｏｍｓｉｈｃｎｍｅ．ｅｅａｕｎｔａｎｓｌａｅｕｌ．Ｔｈｏｇｎｌｚｈｈｏｙｏｓｒｍｒｍｒｕｈａａｙｉｔｅｔｅｒｆｇｎｔｅｓｓｅ，ｔｅｆａｉｉｔｆｔｅｓｓｅｒｖｄｔｈｓｌｔｆｍｅｉ，ｓｃｓｌｗＯｔｉｌ，ｓｂｅａｄ，ｎｈｙｔｍｈｅｓｌｙｏｈｙｔｉｐｏｅ．ＩａｓｏｒｔｂｉｍｓｏｓｕｈａｏＣＳ，ｓｍｐｅｔｌａｎＳｏ．ＯＴｈｓｅｔｋｒｓｅｔｅｗａｌｅｔｓｌａｅｕａｕｅｅｔｏｅｐｒｔｅａｄｓｒｉ．ｅｅｍｒｓｍａｅｉａｐｏｐｃｉｙｔｉｅｎｉｔｏｓｍｅｓｍｎｆｔｅａｕｔａｎｉｔｖｏｍｐｍｍｕｎｒｍｒｎ

a于全光纤MachZehnder干涉仪的波长解调技术研究

摘要：对基于Ｍａｃｈ．Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪的光纤光栅Ｂｒａｇｇ波长解调原理进行了分析，模拟仿真了干涉仪的输出谱，并讨论了其输出电路的运算形式．实验研究了基于Ｍａｅｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪的温度传感系统的波长解调方案，该系统达到０．７ｐｍ的波长检测精度．
关键词：光纤光栅；干涉；解调中图分类号：ＴＮ２５３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－８３９５（２００８）０６－０７２１．０３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｏｐＩｉｃａｌｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇＢｒａｇｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｈｉｆｔｂａｓｅｄ０１１Ｍａｅｈ－ＺｅｈｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓａⅢ啦ｒｚｅｄ．
Ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｐｅｃｔｒａ０ｆｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒａ坨ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｏｕｔｐｕｔｃｉｒｃｕｉｔｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｈｉｆｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｕｓｅｄ
将传感光栅放入ＤＦ２０５电热鼓风干燥箱中加热进行温度传感测试．传感光栅室温时的布拉格波
图６温度传感测试曲线Ｆｉｇ．６ＴｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｌｌｓｈｌｇｃｌｌｒｖｅ
３结语
本文研究了基于全光纤Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪的波长解调技术，作为温度等传感器波长检测，具有较高的分辨率，成本低廉，但其Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪的双臂很容易受到环境振动的影响，其稳定性还有待进一步研究．
位相反的光谱分布．两输出端的光功率可表达为
Ｐ２（Ａ）＝如１＋ｃｏｓ竿ａｔ］Ｐｌ，（６）
收稿日期：２００７—０５—０８基金项目：重庆市教委科技项日基金（ＩＬｌ０８１１２０）资助项目作者简介：罗映样（１９６４－）。男，副教授，主要从事光电子器件、光纤光栅及其应用等方呵的研究

Mach_Zehnder光纤温度传感器的研究

Ξ　文章编号:1000-5811(2004)06-0104-04Mach 2Zehnder 光纤温度传感器的研究奥诚喜,金克新,李潭,段蒙蒙,陈长乐(西北工业大学应用物理系,陕西西安　710072)摘　要:对Mach 2Zehnder 干涉仪的干涉原理和温度对光纤的相位调制进行了分析,提出了基于温度对相位调制的全光纤Mach 2Zehnder 结构型温度传感器,采用CCD 与计算机集成系统对干涉条纹进行测量与处理,给出了温度测量数据,实验表明整个温度测量系统具有较高的精度和分辨率。

关键词:光纤传感器;Mach 2Zehnder 干涉仪;温度;相位调制;干涉中图分类号:TN377 文献标识码:A0　引言光纤传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。

光纤具有体积小、质量轻、柔软可绕、电绝缘性好、不受电磁干扰、不会产生电火花及可在易燃易爆环境下工作等优点,因此,光纤传感器的发展非常迅速。

光纤传感器按工作原理可分为两大类〔1〕,第一类是非功能型光纤传感器(传光型传感器),在这类传感器中,光纤仅仅作为传光的媒介,对待测对象的调制功能是依靠其它物理性质的敏感元件来实现的;第二类是功能型光纤传感器(传感型传感器),这类传感器中光纤不仅起传光作用,而且利用外界因素使其传光特性发生变化以实现传感测量。

而光纤温度检测技术是近几年发展起来的新技术,光纤温度传感器是光纤传感器的重要分支,在温度精密测量中,Mach 2Zehnder 〔2〕干涉仪型光纤温度传感器是一种相位调制型光纤传感器,它具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点,本文正是基于此提出了一种分辨率及灵敏度高且抗共模干扰的具有Mach 2Zehnder 干涉结构的相位调制型全光纤传感测温系统。

1　系统工作原理及结构1.1　光的干涉原理根据光的干涉原理〔3〕,两束相干光在相遇处发生干涉,合成后的光强为:I =I 1+I 2+2I 1I 2cos 2πΔx λ(1) 式中I 1,I 2分别为两束相干光的光强,Δφ为两束光的相位差,Δx 为光程差,λ为光波长,光程x =nl ,n 为媒质折射率,l 为光波经历的几何路程。

光纤Mach-Zehnder与Michelson干涉仪阵列的组合测量仪[发明专利]

专利名称：光纤Mach－Zehnder与Michelson干涉仪阵列的组合测量仪
专利类型：发明专利
发明人：苑立波,杨军,林晓艳
申请号：CN200810136819.5
申请日：20080730
公开号：CN101329184A
公开日：
20081224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供的是一种光纤Mach－Zehnder与Michdson干涉仪阵列测量仪。

包括宽谱光源1、光电探测器2、3dB光纤2×2耦合器3、光纤Mach－Zehnder干涉仪、转置的3dB光纤2×2耦合器7、光纤Michelson干涉仪阵列8和8′、单模连接光纤9；其中光纤Mach－Zehnder干涉仪由衰减器4、自聚焦透镜5、全反射角锥棱镜6、连接光纤9连接组成。

本发明利用应变与温度同时测量技术，实现了温度补偿技术和光纤传感器布设的阵列化，使多个传感器在互不干扰的情况下实现了绝对测量，降低了单点测量成本，保证了实时测量。

同时技术简单，易实现。

采用的光纤材料和器件均为标准光纤通信元件，成本低，易获得，便于推广。

申请人：哈尔滨工程大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号1号楼哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室
国籍：CN
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数字式光纤Mach-Zehnder干涉传感实验系统

数字式光纤Mach-Zehnder干涉传感实验系统裴雅鹏;孙佳星;施清平;周爱;杨军;刘志海;苑立波【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2005(032)006【摘要】给出了一种数字式光纤Mach-Zehnder干涉测量实验系统.基于光纤相位传感原理,设计了数字式相位检测电路以及压力、温度、位移的功能型光纤传感器.标定实验的结果表明,压力、温度和位移传感器的测量分辨率分别为0.03 kPa、0.07 ℃、2.5 μm.【总页数】3页(P19-21)【作者】裴雅鹏;孙佳星;施清平;周爱;杨军;刘志海;苑立波【作者单位】哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,理学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.双Mach-Zehnder光纤干涉传感系统中的偏振衰落控制 [J], 曾周末;张溪默;封皓;靳世久;安阳2.基于多模-细芯-多模光纤结构的Mach-Zehnder干涉仪的温度传感实验研究 [J], 李辉栋;傅海威;邵敏;雍振;张旋3.光纤Mach-Zehnder空间干涉系统的实验研究 [J], 尚玉峰;吴重庆;刘学;张勇4.相位调制全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感实验 [J], 梁昌林;吴念乐;张连芳;王长江5.Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统实验研究 [J], 李杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

光纤Mach--Zehnder干涉传感研究的开题报告

光纤Mach--Zehnder干涉传感研究的开题报告一、选题背景在工业、医疗、环境等领域，传感技术扮演着越来越重要的角色。

针对环境监测、工业质量监测、医疗生物监测，传感技术能够实时、准确的获取各种物理信号。

光纤传感是目前发展较快的一种传感技术，相比于传统的传感方法，它具有传递距离远、干扰小、抗干扰性好的优势。

其中，Mach-Zehnder干涉仪作为传感器的核心部分，具有灵敏度高、精度高、可靠性高的优点，在光纤传感领域得到了广泛应用。

二、选题意义目前，Mach-Zehnder干涉传感技术已经在油田、电力、交通、环保等领域得到了广泛的应用。

在这些领域中，Mach-Zehnder干涉传感器可以检测温度、应力、压力、流速等各种物理量，并对被检测对象进行实时监测和预警。

通过对干涉仪光路的改变，还可以实现多物理量的同时检测，为各行各业提供高效、可靠、可操作化的监控手段，有重要的理论和应用价值。

三、选题目的和内容本文旨在研究光纤Mach-Zehnder干涉传感技术，在此基础上探讨其在物理量检测中的可行性和优势。

具体内容如下：1.理论研究。

介绍Mach-Zehnder干涉原理、光纤传感技术原理，深入探讨其在传感技术中的应用，并以此为基础展开实验研究。

2.实验部分。

设计并建立光纤Mach-Zehnder干涉仪，进行物理量（如温度、加速度、压力等）的检测实验，通过实验结果深入探讨该技术在不同物理量检测中的应用和优势。

3.对比分析。

比较Mach-Zehnder干涉传感技术与其他传感技术在精度、准确性、抗干扰等方面的差异，以此为依据对其应用价值进行评估。

四、预期成果1.建立Mach-Zehnder干涉传感仪的实验平台，检测并分析各种物理量的干涉信号，并对物理量的变化进行实时展示和监测。

2.深入探讨Mach-Zehnder干涉传感技术的优势和不足，并对其应用价值进行评估。

3.为传感技术的发展提供理论和实验依据。

五、研究方法1.理论分析方法：对Mach-Zehnder干涉原理、光纤传感技术原理进行分析和理论推导，研究传感器对物理量的响应机理。

全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验

全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验张亚星;赵鹏;张洁;苗明川【摘要】阐述了全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温原理,并在20～40 ℃对测温系统进行了标定.利用Matlab数字图像处理技术对温度干涉条纹图像进行处理,设计了计算条纹移动数目的程序.通过测温实验对条纹记数程序进行了检验,有较好的准确度.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2010(030)009【总页数】4页(P43-46)【关键词】马赫-曾德尔干涉仪;温度测量;Matlab;数字图像处理【作者】张亚星;赵鹏;张洁;苗明川【作者单位】北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】O436.1;TP212.11随着光纤技术的广泛应用,光纤传感技术得到迅速发展.相比传统的机电传感,光纤传感具有抗电磁干扰、耐腐蚀、重量轻、体积小、在易燃易爆的环境下安全可靠等优点,在微位移及振动测量、电信号测量、声传感等领域有着广泛的研究[1-4].光纤温度传感是光纤传感技术的重要应用,其中基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度测量具有精度高、制作成本低和易于调整等特点,具有广泛的应用价值.对马赫-曾德尔干涉场的测量有2种方法:一是使用光功率计探测空间光场的变化[5],该方法需要较繁杂的后续信号处理系统,成本较高;二是利用数字图像处理技术[6]或者人眼观测[7]直接对干涉条纹的移动进行分析,该方法大大降低了系统成本,且能够更加直观地观测到温度变化对干涉条纹的影响.本文基于后者,运用CCD摄像采集干涉条纹图像,通过Matlab数字图像处理技术对图像进行处理,分析条纹移动的数目和方向,编写条纹移动计数的程序,实现对温度的测量.将650 nm,2 mW的氦氖激光经分束镜分成2束,分别通过光纤耦合器进入2路单模石英光纤中.一路光纤经过半导体温控仪,另一路光纤保持恒温,如图1所示.在光纤的末端,2束相干激光汇聚,叠加产生干涉.干涉条纹由CCD采集,并送往计算机进行处理(采集速率为每秒25幅图像),形成BMP格式的图像文件.温度变化时,干涉条纹将随之发生移动,通过数字图像处理技术可得到干涉条纹移动的数目及移动方向,从而计算出温度升高或降低的值.干涉条纹移动数目与温度变化值之间有确定的线性关系.设光纤中2束激光光强分别为I1和I2,根据光的干涉原理,合成光的强度为其中Δ Φ为2束激光的相位差,Δ Φ等于2kπ时为亮条纹,Δ Φ等于(2k+1)π时为暗条纹(k为级数).设Φ1和Φ2分别为2束激光射出光纤时的相位(Φ1受温度调制):Φ1=Φ10+k0nL1,Φ2= Φ20+k0nL2,Δ Φ=Φ1-Φ2.其中Φ10,Φ20分别为2束相干激光耦合进入光纤时的初相位,L1和L2为光纤的长度,k0为激光在真空中的波矢大小,n为光纤的折射率.将Φ1对温度T求全微分,且等式两边同除以L1,得: (2)式右边表示单位温度变化下光纤折射率的变化量),在一定的温度范围内它们均为常量[5],因此对于确定的k0,n和L1,(2)式为一常量,即Φ1随温度线性变化.另一路光纤保持恒温,Φ不变,有2至此得出Δ Φ也随温度线性变化,即条纹移动数目与温度变化值之间有确定的线性关系.通过温度的标定,可确定该线性关系的具体数值.干涉条纹移动方向(左、右)和温度升降之间的关系与两光纤末端的左右放置有关,实验中,温度降低时,条纹右移;温度升高时,条纹左移.计算出条纹的净移动数,结合标定结果,可判断温度升高或降低的数值.以温控仪温度为标准温度,从20～40℃,温度每变化1℃,记录相应的条纹净移动数目.以温度为横坐标x,条纹的累积移动数目为纵坐标y,设y=kx,使用最小二乘法进行一元线性回归.通过以下公式:计算得到比例系数k为9.6/℃,即温度每变化1℃,移动9.6根条纹.线性相关系数r 为0.998 7.一元线性回归结果如图2所示.为了测量一段时间内温度的变化,需要持续采集这段时间内的干涉条纹图像.对采集来的所有图像运用Matlab IPT函数进行处理.某幅图像的处理结果如图3所示. 具体处理步骤如下:1)读入干涉条纹图像,如图3(a)所示.2)将干涉条纹旋转至竖直方向,提取较清晰的部分图像,如图3(b)所示.3)低通滤波,使图像平滑,如图3(c)所示.4)进行二值化处理,使亮条纹变为白色(灰度值为1),暗条纹变为黑色(灰度值为0),如图3 (d)所示.5)对二值化图像进行边缘处理,突出暗条纹的边缘,形成边缘检测图像.如图3(e)中的白线对应于图3(d)中暗条纹的边缘.在进行上述处理后,每幅干涉图像都有其相应的二值化图像[图3(d)]和边缘检测图像[图3 (e)],通过分析多幅二值化图像和边缘检测图像,可以分别判断条纹移动数目及方向.首先,根据某一点所在处条纹的亮暗变化情况可以判断条纹是否发生移动.在多幅干涉图像[图3(d)]中提取同一指定点(x0,y0)的灰度值,按照图像采集的先后顺序将该值保存在同一数组a中.若a(i+1)≠a(i),则该点处条纹明暗情况发生了1次变化,即从第i幅图像到第i+1幅图像,移动了1根条纹,其中i为干涉图像的幅数.其次,因为图像采集的速度相比条纹移动速度足够快,所以如果对图3(e)中所有白线进行标记,可以认为在前一张图像中距某点最近的那根白线在下一张图像中仍然距该点最近,因此通过跟踪这条特殊的白线,可以判断条纹的移动方向,白线的移动方向与条纹的移动方向一致.判断方法是:在所有图3(e)中找到离上述指定点(x0,y0)最近的白线,记录下白线所在处的水平坐标,同样按照图像采集的先后顺序保存在另一个数组b中.在a(i+1)≠a(i)的前提下,若b(i+1)>b(i),表明该白线向右移动了,即条纹整体向右移动了1根,反之则条纹整体向左移动了1根.对i进行循环,在a(i+1)≠a(i)的前提下,比较b(i+1)和b(i)的大小,可以统计出条纹向右移动的根数和向左移动的根数,两者相减,若差为正,则温度降低;反之温度升高,差的绝对值为条纹的净移动数目.使用条纹计数程序进行温度测量实验.温控仪温度从26.9℃上升至29.4℃,即温度升高了2.5℃.在这段时间内以每秒25幅的速度连续采集了904幅576×768大小的BMP格式图像.编写image_process函数实现对图像从滤波到边缘检测的前期处理,编写image_analyze函数实现移动条纹的计数和方向判断.Matlab程序流程如下:由于条纹移动方向为左移,判断温度为升高,根据shift_No=kΔT=9.6ΔT,得温度升高ΔT=2.6℃,与实际温度升高2.5℃较为接近,说明该条纹计数程序可以较准确地判断条纹移动方向,并计算条纹净移动数目,从而测量出温度的变化,条纹计数的准确性依赖于干涉图像的质量[8].温度测量实验结果如下:条纹净移动数25根,温度变化测量值2.6℃,温控仪温度变化2.5℃,相对偏差3.6%.本文基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪,运用Matlab数字图像处理技术,实现了温度的测量,具有较好的准确度.对基于马赫-曾德尔干涉的温度测量进行了有益的尝试,实验结果表明基于全光纤马赫-曾德尔干涉并结合图像处理技术的温度测量具有其可行性,有较好的准确度,可以在光纤实验[9]中进行应用.通过本实验可使学生们得到较为全面系统的实验技能训练,本实验具有较好的实验教学和实用价值.【相关文献】[1] 贾亚民,杨拴科,朱钧.基于强度补偿式光纤传感器测金属线胀系数[J].物理实验,2008,28(10):1-4.[2] 王晓颖,李武军.等芯径等间距三光纤补偿式位移传感器的实验研究[J].物理实验,2008,28(3):32-35.[3] 刘京诚,任小宇,陈晓强,等.光纤F-P电流传感器[J].传感器与微系统,2009,28(9):73-74.[4] 李瑞,肖文,姚东,等.光纤声传感器的实验系统研究[J].光电工程,2009,36(6):131-134.[5] 王济民,奥诚喜.双光纤温度传感器的研究[J].西北大学学报,2006,36(1):55-58.[6] 王海潼,袁俊飞,刘姣姣.光纤温度传感器的设计与实现[J].电子测量技术,2007,30(2):68-71.[7] 周哲海,巫建坤.基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪的温度测量系统[J].传感器与微系统,2006,25 (10):67-69.[8] 尚玉峰,吴重庆,刘海涛,等.对光纤Mach-Zehnder干涉仪的干涉场研究[J].北方交通大学学报, 2002,26(3):63-65.[9] 张权,朱玲,孙晴,等.光纤干涉系列实验教学的探索与实践[J].物理实验,2009,29(1):21-23.。

相位调制全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感实验

相位调制全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感实验
梁昌林;吴念乐;张连芳;王长江
【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2010(030)011
【摘要】使用单模石英光纤设计了相位调制全光纤M-Z干涉仪传感实验系统,采
用CCD技术显示干涉条纹的空间分布及其移动情况,同时利用光电检测及可逆计数技术实现移动条纹的自动计数.利用该系统进行了光纤温度传感、光纤应变传感原
理性实验测试.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】梁昌林;吴念乐;张连芳;王长江
【作者单位】清华大学,实验物理教学中心,北京,100084;清华大学,实验物理教学中心,北京,100084;清华大学,实验物理教学中心,北京,100084;清华大学,实验物理教学中心,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】O436.1
【相关文献】
1.基于多模-细芯-多模光纤结构的Mach-Zehnder干涉仪的温度传感实验研究 [J], 李辉栋;傅海威;邵敏;雍振;张旋
2.基于Mach-Zehnder干涉仪的单模光纤声波传感器的研究 [J], 李双佶;梁景舒;王福娟;蔡志岗
3.Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统实验研究 [J], 李杰
4.使用硅橡胶涂敷的全光纤Mach-Zehnder干涉仪的压力传感研究 [J], 胡亮;余有龙;邝业成;李若明
5.基于Bitaper-LPFG-Bitaper结构的全光纤Mach-Zehnder干涉仪的温度传感特性 [J], 张琪;周骏;陈金平;谭晓玲
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光纤Mach-Zehnder干涉仪测风激光雷达技术与数值仿真

光纤Mach-Zehnder干涉仪测风激光雷达技术与数值仿真谭林秋;华灯鑫;汪丽;何廷尧;常博【期刊名称】《光子学报》【年(卷),期】2015(0)7【摘要】基于光纤Mach-Zehnder干涉仪双边缘检测技术,提出并设计了一套全光纤非相干测风激光雷达系统,对多普勒频移的提取和风速反演算法进行了理论分析,针对大气分子散射信号的特点,对光纤Mach-Zehnder鉴频系统进行了优化设计.应用美国标准大气模型,对系统的灵敏度、信噪比以及测量误差进行了数值仿真.仿真结果表明,对532nm波长的地基分子散射测风激光雷达,当垂直距离分辨率为300m,进行1 000次激光脉冲累计平均后,得到径向探测距离达到20km,径向风速在±100m/s的范围内时,径向风速误差小于1.4m/s,说明此系统可以进行远距离大尺度风速的测量,为新型小型化测风激光雷达的开发及研制提供了一种可行的技术方案.【总页数】7页(P113-119)【关键词】激光雷达;多普勒测风;数值仿真;光纤Mach—Zehnder干涉仪;双边缘检测技术;风速反演;鉴频系统【作者】谭林秋;华灯鑫;汪丽;何廷尧;常博【作者单位】西安理工大学机械与精密仪器工程学院【正文语种】中文【中图分类】P412.16;TN958.98【相关文献】1.全光纤M-Z干涉仪的高灵敏度与大动态范围多普勒激光雷达风场探测技术 [J], 汪丽;谭林秋;常博;鲁耕耕;高飞;华灯鑫2.Mach-Zehnder干涉仪条纹成像多普勒激光雷达风速反演及视场展宽技术 [J], 谭林秋;华灯鑫;汪丽;高飞;狄慧鸽3.基于Mach-Zehnder干涉仪条纹成像技术的多普勒测风激光雷达鉴频系统研究及仿真 [J], 汪丽;谭林秋;李仕春;狄慧鸽;王玉峰;华灯鑫4.新型双通道Mach—Zehnder干涉仪多普勒测风激光雷达鉴频系统研究及仿真[J], 江月松;张新岗;王帅会;欧军;唐华5.基于光纤Mach-Zehnder干涉仪多普勒激光雷达鉴频器的校准及风速探测（英文） [J], 汪丽;陈凯;陈旭;高飞;王骏;闫庆;晏雯秀;华灯鑫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于光纤锥和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉湿度传感器

基于光纤锥和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉湿度传感器程君妮【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(67)2【摘要】介绍了一种简单且灵敏度较高的Mach-Zehnder干涉湿度传感器.将单模光纤和多模光纤渐变熔接光纤锥,色散补偿光纤被熔接在两个多模渐变光纤之间,形成了单模光纤-光纤锥-多模渐变光纤-色散补偿光纤-多模渐变光纤-光纤锥-单模光纤结构的传感器.光纤锥起到了增加包层模能量的作用,两个多模渐变光纤节点作为光耦合器,从而形成光纤Mach-Zehnder干涉仪.外界环境湿度的变化,将使得传感器透射谱能量发生变化,通过测量干涉谱波峰峰值能量实现对湿度的测量.实验结果表明干涉谱波峰峰值能量与环境湿度之间存在良好的线性关系.当环境湿度在35%RH—85%RH范围内变化,一段由20 mm色散补偿光纤组成的传感器,其灵敏度为?0.0668 dB/%RH,相关度为0.995.该传感器结构紧凑、尺寸小、制造工艺简单,这使其可以被广泛用于湿度测量.%A simple and high sensitivity optical fiber relative humidity (RH) sensor based on Mach-Zehnder interferometer (MZI) is proposed and demonstrated in this paper. A single-mode fiber and a graded-index multimode fiber are con-nected by a fiber taper to form a section. Then an uncoated dispersion compensation fiber is sandwiched between two short sections of the graded-index multimode fiber.Therefore, a sensing structure is set up as a single-mode fiber-taper fiber-graded-index multimode fiber-dispersion compensation fiber-graded-index multimode fiber-taper laser-single-mode fiber. The taperfiber is used to augment the energy of the cladding mode. The two nodes of the graded-index multi-mode fiber can be looked as a mode coupler. Thus an MZI is constructed. Since the external RH change can make the transmission spectrum energy changed,we can obtain the RH by detecting the peak energy variation of the interference pattern induced by the evanescent-field interaction. The experimental results show that the peak energy changes lin-early with surrounding relative humidity. Under the condition of 35%Rh–85%RH, the sensitivity of the sensor with a 20 mm dispersion compensation fiber is ?0.0668 dB/%RH and the linearity is 0.995. Moreover, temperature response characteristics are investigated. Experimental results suggest that the transmission spectrum energy of the sensor is insensitive to temperature. With temperature increasing, the transmission spectrum presents obviously a red-shift, yet the peak energy of the monitoring point barely moves, which demonstrates its potential for measuring simultaneously RH and temperature. The proposed sensor has a small size and simple manufacturing process,which can make it widely used to measure RH.【总页数】8页(P144-151)【作者】程君妮【作者单位】榆林学院能源工程学院,榆林719000【正文语种】中文【相关文献】1.纤芯失配的光纤Mach-Zehnder折射率传感器 [J], 傅海威;闫旭;邵敏;李辉栋;赵娜2.基于多模-细芯-多模光纤结构的Mach-Zehnder干涉仪的温度传感实验研究 [J], 李辉栋;傅海威;邵敏;雍振;张旋3.基于光纤锥级联的Mach-Zehnder干涉湿度传感器 [J], 程君妮4.基于纤芯失配的马赫-曾德尔干涉pH光纤检测传感器 [J], 李辉栋; 傅海威; 丁继军; 雍振; 张旋; 邵敏5.基于Mach-Zehnder干涉光纤湿度传感器研究进展 [J], 王一飞;王梦梦;文丰;杨啸宇;华尔天;闫树斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。