相位调制型光纤传感新学分析

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光纤传感原理及应用技术课件

2.2 四种常见的光纤干涉仪（3）萨格纳克（Sagnac）光纤干涉仪
8 A 0c
1
2
光纤耦合器
光纤陀螺是近20年来发展起来的一门新技术，除了在航空航天技术中用于导航、制导、定位外，也可用于石油钻井中跟踪钻头位置、机器人控制、汽车以及在其他测量角度的系统中应用。与传统的机电陀螺相比，光纤陀螺具有启动快、体积小、成本低等优光纤点传，感原因理此及应它用更技具术课有件竞争力。
B-两束光波在相遇点的光程差不能太大。
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪（1）迈克尔逊(Michelson)光纤干涉仪
LD 分光镜
固定反射镜
可移动反射镜
光探测器
LD 光探测器
固定反射镜 3dB
可动端S(t)
2k0L
光纤干涉仪与普通的光学干涉仪相比，优点在于：（1）容易准直；（2）可以通过增加光纤长度来增加光程，以提高干涉仪的灵敏度；（3）封闭式的光路，不受外界干扰；（4）测量的动态范围大。
Fiber
Fiber
图3 光纤传感器传感探头具体的结构形式 Fig.3 Diagram of the fiber-optic temperature sensor probe
图416 光吸收系数强度调制辐射量传感器
射线辐射会使光纤材料的吸收损耗增加，使光纤的输出功率降低，从而构成强度调制辐射量传感器光。纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理与应用技术
2.2 四种常见的光纤干涉仪（4）法布里珀罗（FabryPerot）光纤干涉仪
(c)
光纤传感原理及应用技术课件
光纤传感原理与应用技术
3、偏振调制型光纤传感器技术

光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术

θ 为本振信号的初始相位，调整载波信号幅度 φ H ，使 J 1 (φ H ) = J 2 (φ H ) 。将上两式相加得
SA = S1A(t) + S2A(t) = 2 ABJ1 (φ H ) cos (3ω H t + θ + φ A sin ω At + φ )
(15)
− KGJ 1 (c) cos Φ (t ) KHJ 2 (c) sin Φ (t )
φ (t ) = π 2 时，奇（偶）数倍角频率 ω 出现在奇（偶）数倍载波频率 ω 0 两侧。这些出现在 ω 0 两侧的边带
信号携带着被测信号的相位信息。如果不加调制信
第3期
裴雅鹏等：光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
19
号，输出光强 I1 = A + B cos Φ (t ) ，若 Φ (t ) = 0 ，则 cos Φ (t ) = 1 ，由于 Φ (t)的存在，信号将发生消陷或畸变。光纤 Mach-Zehnder 干涉仪调制与解调系统如图 4 所示，将两路干涉的信号做差分运算，消去直流偏移量，与 G cos
2 I 2 = I12 + I 2 + 2 I1 I 2 cos ( ∆ϕ )
I1 = ALeabharlann + B cos ϕ (t ) I 2 = A − B cos ϕ (t )
臂上外界物理量的变化。
RA RA Lens Lens DC1 DC1 DC2 DC2 PD1
（2）（3）
通过对干涉信号相位的提取来获知作用在信号
中图分类号 TN253
1 引言
自从 1881 年美国物理学家 Michelson 发明 Michelson 干涉仪以来，使用激光干涉传感器测量位移、速度的技术得到了很大的发展。随后又出现了 Sagnac 干涉仪、Mach-Zehnder 干涉仪、Fabry-Peort 干涉仪等一些干涉仪。激光干涉传感器能提供一种精确、快速、非接触的测量，而信号处理将直接影响到测量的分辨率、精度和动态范围等因素。在过去的 20 年，基于这些干涉仪原理的传感器相位解调方法已经成为研究的主要课题，出现了许多不同的调制与解调方法，从而使干涉型传感器的应用更加广泛。本文首先介绍了几个不同结构干涉型传感器的原理，然后着重介绍了其调制与解调技术的原理及实现方法。

学习情境四：相位调制型光纤传感器及其应用.doc.ppt

传感器再经过光纤延迟线，然后进入耦合器，形成
逆时针方向光束。两束光在Sagnac光纤环内传输一
圈再经过耦合器进入
光电探测器。光电探测器探测到的这两束光干涉后
的光强为
I

1 2
I0 1
cos(1

2 )
(4-8)
光电子技术专业-国家重点建设示范性专业
光纤传感器及应用
式中：
I0----激光器发出的光注入到第一个耦合器的光强
器中，用单模光纤制成Fabry-Perot腔，即在光纤抛光端面镀以高反射率的反射膜，如果镀一层反射膜就构成双光束的Fabry-Perot腔。为了提高精度一般镀以多层介质反射膜，构成多光束干涉腔，形成多光束干涉，如图4-6所示。
光电子技术专业-国家重点建设示范性专业
光纤传感器及应用
i: 0 2 Iin Iout 纤芯
∆Φ 1----顺时针方向光束和逆时针方向光束在Sagnac 光纤环内传输一圈产生的静态相位差
∆Φ 2----声信号作用的区域内，顺时针方向光束和逆时针方向光束产生的相位差
通过相位调制和偏振控制可以使静态相位差∆Φ 1＝ /2，这样传感器的灵敏度最大，则(4-8)变为
I

1 2
I 0 1 sin(2 )
光电子技术专业-国家重点建设示范性专业
光纤传感器及应用
二、学习内容 4.1相位调制型光纤传感器的原理
相位调制光纤传感器（通常也叫干涉型光纤传感器）的基本原理是：被测量的物理量使得光纤内传输光的相位φ =k0nL发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换成光强度变化，光电探测器把光强变化转换成电压或电流变化，进而实现检测被测物理量的目的。相位调制光纤传感器主要是干涉式光纤传感器，其特点为：

第五章-相位调制型光纤传感器PPT课件

➢ 影响相位变化的基础物理效应：
应力应变、温度
萨格纳克(Sagnac)效应
5.3 光纤相位调制机理
光波通过长度为L的光纤，出射光波的相位延迟为

2

L kL
光波在外界因素的作用下，相位的变化为

L
k

k

(
k
Lk
)

L
n

L
a
L
n

a
应变效应或
热胀效应
光弹效应或泊松效应（灵敏度
➢ 使用方便。封闭式光路，不受外界干扰，减少了
干涉仪的长臂安装和校准的固有困难，可使干涉
仪小型化。
➢ 灵活多样。光纤本身是传感器的敏感部分，其探
头的形状可按使用要求设计成不同形状。
➢ 对象广泛。不论何种物理量，只要对干涉仪中的
光程产生影响，就可用于传感。
缺点
➢ 需相干光源，单模光纤以及高精度光电检测系统
萨格纳克(Sagnac)干涉仪
法布里-泊罗(Fabry-Perot)干涉仪
常用光纤干涉传感器是利用上述原理由光纤
实现的干涉型光纤传感器。
迈克耳逊
（A.A.Michelson）
美籍德国人
迈克耳逊在工作
因创造精密光学
仪器，用以进行
光谱学和度量学
的研究，并精确
测出光速，获
1907年诺贝尔物
理奖。
➢由激光器输出的单
2
I min
透射的干涉光强的最大值与最小值之比
I max 1 R

I min 1 R
2
反射率R越大，干涉光强越显著，分辨力越高。

相位调制型光纤传感器

λ0
β = 2π / λ
光纤中光的传播波长。光在真空的传播波长光在光纤中的传播常数
当光纤受到机械力的作用，光纤长度、芯径、折射率会发生变化，引起相位变化可表示为：
∆L ∂β ∂β ∆r ∆φ = β∆L + L∆β = βL +L ∆n + L L ∂n ∂r
r 光纤半径， n 纤芯折射率第一项：应变效应，纵向（轴向）作用第二项：弹光效应，折射率的变化第三项：泊松效应，横向作用
马赫—曾德（马赫曾德（Mach-Zehnder）干涉仪曾德）与迈克尔逊干涉仪结构相似，但它的优点在于没有或很少有光返回到激光器，返回到激光器的光是干扰光，导致光源强度不稳定。
图示为马赫—曾德全光纤干涉仪模型，经 3dB分束，其中一束受外界影响，再有 3dB合并干涉，由两个探测器检测。
第七讲相位调制型光纤传感器
利用外界因素引起光纤中光波相位变化的传感器称为相位调制型光纤传感器。特点： 1. 灵敏度高 2. 灵活多样 3. 应用对象广泛 4. 对光纤有特殊要求，单模传输。
一、应力应变效应光波通过长度为L的光纤，产生相位延迟为：
φ=
2π
λ
L = βL
其中：λ = λ0 / n
萨格纳克（萨格纳克（Sagnac）干涉仪）
二干涉测量光的相干条件（1）频率相同的两束光在相遇点有相同的振动方向和固定相位差。（2）两束光在相遇点的振动幅值不能太悬殊。（3）两束光的光程差不能太大。由于光是有限长度波列组成，两束光的光程差小，几乎可以同时到达，产生清晰的干涉条纹；两束光的光程差大时，不 I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos ∆φ
迈克尔逊（Michelson）干涉仪迈克尔逊干涉仪：两束光的光程差为：

相位调制型光纤传感器课件

04
相位调制型光纤传感器的优点与局限性
优点
抗电磁干扰
高灵敏度
相位调制型光纤传感器利用光的干涉原理，不受电磁干扰的影响，适合在强磁场、高电压等恶劣环境下工作。
由于相位调制型光纤传感器利用光的干涉效应，其灵敏度较高，能够检测微小的变化。
结构简单
传输距离远
相位调制型光纤传感器结构简单，易于集成和实现小型化。
相位调制型光纤传感器课件
目录
• 相位调制型光纤传感器概述 • 相位调制型光纤传感器的基本原理 • 相位调制型光纤传感器的调制方式 • 相位调制型光纤传感器的优点与局限性 • 相位调制型光纤传感器的应用实例 • 相位调制型光纤传感器的发展趋势与展望
01
相位调制型光纤传感器概述
定义与工作原理
定义
相位调制型光纤传感器是一种利用光纤干涉原理，通过相位变化检测外界物理量（如温度、压力、振动等）的传感器。
优点
高灵敏度、抗干扰能力强、可在恶劣环境下工作。
03
挑战
对温度、振动等其他环境因素较为敏感，需要进行误差补偿和校准。
温度传感
温度传感
相位调制型光纤传感器能够通过测量光纤中光的相位变化，实现对温度的精确测量。这种传感器在电力、能源、环保等领域有广
泛应用。
优点
高精度、响应速度快、稳定性好。
挑战
容易受到其他环境因素的影响，如压力、湿度等，需要进行误差
校正。
折射率传感
折射率传感
相位调制型光纤传感器能够通过测量折射率变化对光纤相位的影响，实现对折射率的精确测量。这种传感器在生物医学、化学分析等领域有广泛应用。
优点
高灵敏度、分辨率高、响应速度快。

第3章-相位调制型光纤传感器

MZ干涉仪的应用例－线性调频外差型干涉仪
固定光程差（～10cm－由光源线L 宽L决定L） n L D
检测：锁相、比较和计数
L n
D
隔离器耦合器
耦合器
解决：
条纹高细DBF分困难，导致精度不高折射率变化区测量灵驱敏动度和精度随光程差改变；
易受外界环境影响等
用声光调制器的外差式干涉结构复杂、体积大、调制频率范围小的矛盾
等无关
问题：低相干度光源的获得、零级干涉条纹的检测
应用
* 相位信号解调技术
相位调制型
干涉仪的信号解调光纤锁相环方案 PGC（phase generator carrier)方案
干涉仪的解调方案
主动零差法被动零差法普通外差法合成外差法伪外差法
零差法外差法
相位调制型
❖ 补充条件
❖ 利用原子发出的同一波列 ❖ 光程差要小于波列长度
相位调制型
光纤中的相位调制
应力/应变调制温度调制可以转化的调制
相位调制型
5.3.1 相位调制机理
相位调制型
应力应变效应
通过长L的光纤，出射光波的相位延迟：
光波在外界因素影响下的相位变化：
L 2 L
L L L L L n L a
干涉测量原理
相位调制型
双光束干涉：
多光束干涉
A2 A12 A22 2A1A2cos()
I I0
1
(1
4R R)2
sin2
2
结论
R：反射率；φ：相邻光束的相位差
discriminability(sensitivity) R
5.3.2 光纤干涉仪1-2
相位调制型

光纤传感3-相位调制型光纤传感器剖析

第3章相位调制型光纤传感器
2019/1/11
1
3.1 相位调制型光纤传感器原理
利用外界因素引起的光纤中光波相位变化来探测各种物理量的传感器，称为相位调制传感型光纤传感器。干涉型光纤传感器利用光纤作为相位调制元件，构成干涉仪。主要通过被测场（参量）与光纤的相互作用，引起光纤中传输光的相位变化（主要是光纤的应变所引起的光程变化）。这类光纤传感器的主要特点如下： 1. 灵敏度高光学干涉法是已知最灵敏的探测技术之一。在光纤干涉仪中，由于使用了数米甚至数百米以上的光纤，使它比普通的光学干涉仪更加灵敏。 2. 灵活多样由于这种传感器的敏感部分由光纤本身构成，因此其探头的几何形状可按使用要求而设计成不同形式。
2019/1/11
5
3.1.2 温度应变效应
（详见第1章）用Mach-Zehnder干涉仪等光纤干涉仪进行温度传感的原理与压力传感完全相似。只不过这时引起干涉仪相位变化的原因是温度。对于一根长度为 L、折射率为n的裸光纤，其相位随温度的变化关系为
式中：P11是纤芯的弹光系数；εz 是轴向应变；εr 则是径向应变。如上所述，光纤一般是多层结构，故 εz扎和 εr 则之值与外层材料之特性有关。设因温度的变化 ΔT 而引起的应变的变化为：
2019/1/11 20
③ Farady 效应在磁场中的光纤圈由于 Faraday 效应会在光纤陀螺中引起噪声：引入非互易圆双折射（光振动的旋转方向与光传播方向有关），叠加在原有的互易双折射上。影响的大小取决于磁场的大小及方向。例如，在地磁场中，其效应大小为10º /h。较有效地消除办法是把光纤系统放在磁屏蔽盒中。 ④ 光 Kerr 效应光 Kerr 效应是由光场引起的材料折射率的变化。在单模光纤中这意味着导波的传播常数是光波功率的函数。在光纤陀螺的情况下，对于熔石英这种线性材料，当正、反两列光波的功率相差较大时，就足以引起（对惯性导航）不可忽略的误差。因此，对于总功率为100μW 的一般情况，就要求功率稳定性优于 10-4。

第7讲+强度调制型光纤传感器

15
透过率（0~50%）
中国科学院大学材料科学与光电技术学院
16
中国科学院大学材料科学与光电技术学院
4
在光纤端面上增加吸收光栅可以进一步提高透射传感器的灵敏度。如图
带吸收光栅径向位移传感器光纤旋转传感器

透射传感器还可以在光路上和其他光学材料连接使光强成为环境因素的函数。如果在光路上的材料透过率随环境改变突然发生改变，就可以实开功能，液晶就作为度和压强开现开关功能，液晶就可作为温度和压强的开关。

光纤位移式：被测位移、压力、温度和振动等物理量作用于动光纤，使输入、输出光纤的轴线发生相对位移，改变耦合效率。
输出与探头距离的关系曲线
动纤调制模型 13
光强随光纤轴间偏离的变化曲线
中国科学院大学材料科学与光电技术学院
14
中国科学院大学材料科学与光电技术学院

遮光屏式：
不同类型的遮光屏
1.遮光屏截断光路来实现透射式光强调制：采用了一个双透镜系统使入射光纤在出射光纤上聚焦成像，遮光屏在垂直于两透镜之间的光传播方向上下移动。分辨率/r的1% 2.改进：遮光屏由两块完全相同的光栅组成，其中一支为固定光栅，另一支为可移动光栅。可以提高该类型传感器的灵敏度。分辨率在光栅条纹间距(10-6)数量级。

r

2
2dT a r
输出光纤接收的入射光功率百分数为： P0 F r Pi r 2dT
2r=200m,NA=0.5,a=100m 固有分辨率<1nm
检测到的光强取决于反射体和探头的距离
最大斜率处——灵敏度
9
中国科学院大学材料科学与光电技术学院

相位调制型光纤传感器

03
改变光纤长度
通过拉伸或压缩光纤来改变光程，从而引起相位变化
改变光纤折射率
利用外界因素（如温度、压力等）改变光纤折射率，进而影响相位
利用干涉效应
采用干涉结构，将相位变化转换为光强变化进行测量
相位解调技术
零差解调
将信号光与本振光进行干涉，通过检测干涉信号的相位变化来解调信号
外差解调
电二极管、雪崩光电二极管等。
封装工艺及优化
光纤封装
采用合适的光纤封装工艺，保证光纤与调制器、探测器之间的耦合效率和稳定性。
调制器封装
根据调制器的结构和特点，采用合适的封装工艺，保证调制器的稳定性和可靠性。
优化设计
针对传感器性能进行优化设计，如提高灵敏度、降低噪声、增强抗干扰能力等。
04
CATALOGUE
压力分布测量
利用光纤传感器的分布式特性，可以实现对压力场的二维或三维测量，用于流体力学、结构健康监测等领域。
微小压力变化测量
相位调制型光纤传感器对微小压力变化非常敏感，可用于声学、生物医学等领域。
位移测量应用
高精度位移测量
相位调制型光纤传感器可用于高精度位移测量，如机床、精密仪器等设备的位移监测，通过测量位移引起的光纤中光的相位变化来推断位移。
探测器
接收经过调制的光信号，并将其转换为电信号进行处理。
关键器件选型与设计
光纤选择
01
根据传输距离、传输损耗、色散等参数选择合适的光纤类型。
调制器设计
02
根据待测物理量的特性和要求，设计合适的调制器结构，如
Mach-Zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪等。
探测器选择
03
根据接收光信号的特性和要求，选择合适的探测器类型，如光

光纤传感器介绍重点

光纤传感器介绍摘要本文介绍了几类常用光纤传感器，具体分析了波长调制型光纤传感器的原理、结构和应用，结合实验对光纤传感器位移实验作了分析。

关键词光纤传感器功能型非功能型波长振幅相位0引言光纤传感器，英文名称：optical fiber transducer。

航空科技领域定义其为利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、相位、偏振态、频率、波长改变的传感器；机械工程定义其为利用光纤技术和光学原理，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。

近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。

在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。

光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区）或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

1光纤传感器的特点与传统的传感器相比，光纤传感器的主要特点如下：（1）抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全。

由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。

这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感。

（2）灵敏度高。

利用长光纤和光波干涉技术使不少光纤传感器的灵敏度优于一般的传感器。

其中有的已由理论证明，有的已经实验验证，如测量转动、水声、加速度、位移、温度、磁场等物理量的光纤传感器。

（3）重量轻，体积小，外形可变。

光纤除具有重量轻、体积小的特点外，还有可挠的优点，因此利用光纤可制成外形各异、尺寸不同的各种光纤传感器。

这有利于航空、航天以及狭窄空间的应用。

（4）测量对象广泛。

目前已有性能不同的测量温度、压力、位移、速度、加速度、液面、流量、振动、水声、电流、电场、磁场、电压、杂质含量、液体浓度、核辐射等各种物理量、化学量的光纤传感器在现场使用。

新型光纤传感器的灵敏度提升研究

新型光纤传感器的灵敏度提升研究一、引言光纤传感器作为一种先进的检测技术，在众多领域如工业生产、医疗诊断、环境监测等都有着广泛的应用。

然而，随着应用场景的不断拓展和需求的日益提高，对光纤传感器灵敏度的要求也越来越高。

灵敏度是衡量光纤传感器性能的关键指标之一，直接影响着检测结果的准确性和可靠性。

因此，如何提升新型光纤传感器的灵敏度成为了当前研究的热点和重点。

二、光纤传感器的工作原理光纤传感器的基本原理是利用光纤作为传输介质，将被测量的物理量转化为光信号的变化，然后通过检测光信号的变化来获取被测量的信息。

常见的光纤传感器类型包括强度调制型、相位调制型、波长调制型和偏振调制型等。

以强度调制型光纤传感器为例，其工作原理是通过改变光纤中传输光的强度来反映被测量的变化。

例如，在测量位移时，当被测物体移动导致光纤弯曲或拉伸，从而改变了光在光纤中的传输损耗，进而引起输出光强度的变化。

相位调制型光纤传感器则是通过检测光的相位变化来测量被测量。

当外界物理量作用于光纤，导致光纤的长度、折射率等发生变化，从而引起光在光纤中传播时相位的改变。

波长调制型光纤传感器依靠检测光波长的变化来实现测量。

例如，在温度测量中，由于温度的变化会导致光纤中某些材料的光学特性改变，从而使输出光的波长发生漂移。

偏振调制型光纤传感器则是根据外界物理量对光偏振态的影响来进行测量。

三、影响光纤传感器灵敏度的因素（一）光纤材料和结构光纤的材料特性和结构设计对传感器的灵敏度有着重要影响。

例如，高折射率差的光纤能够增强光与物质的相互作用，从而提高灵敏度。

同时，特殊结构的光纤，如微结构光纤、光子晶体光纤等，具有独特的光学特性，能够为提升灵敏度提供更多的可能性。

（二）光源特性光源的稳定性、功率、波长等特性也会影响光纤传感器的灵敏度。

稳定的光源能够提供更准确的测量结果，而高功率的光源可以增加光与被测物的相互作用强度，从而提高灵敏度。

此外，选择合适波长的光源，使其与被测物的光学特性相匹配，也能够提升传感器的性能。

电子教材-光纤加速度计传感原理的物理学分析

３）光弹效应的相位调制
△％＝抵￡｛ｅ２一吉拄２［（尸ｔｔ＋Ｐ屹）”Ｐｔ２ｅ２１｝
（１０）
由式（８）、（９）和（１０）联立可得总的光波相位
变化量为
△垂∑＝ｎＫｏＡＬ｛２ｅ２一ｎ２［（Ｐｌｌ＋Ｐｉ２）￡ｌ＋Ｐ１２Ｅ＇２］＋
引ｄ叩ｇ、Ｊｓｔ）
…）
将式（１１）中的最后一项化简为
鑫（裴）ｅｔ＝－－蕊钆¨ｌ，ｄＬ口／ｔ，）一ｅｌ￡：Ａｎ珏（１２）
Ｅ硒一
∞ｅｒｉＩｌｇ，２００５，４３：５１ｌ一５１６．
ｏｆ咖ｃａＩ【４］ＢｙｏｕｎｇｈｏＬ．ＲｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅＰｒｅｓｅｎｔＳｔａｔｕａ
Ｆｉｂｅｒ
Ｓｅｎ螂［Ｊ】．Ｏｐｄｃａ【ＦｉｂｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，９：５７—６８．
ａｎ嘶ｅｗ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ［５］（；ｒａｔｔａｎＫＴＶ，ＳｕｎＤｒＴ．Ｆｉｂｅｒ０面ｃＳｅｎｓｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：
单模光纤
图１光纤加速度计原理框图
２加速度与相位差的关系
从上面的原理分析可知，当敏感质量块ｍ受
到惯性力Ｆ（Ｆ＝氍）的作用时，弹性柱体在轴向
承受惯性力Ｆ的作用，则弹性圆柱应变的一般表达式为【６】
￡＝磊（ｃｏｓ２ａ一，ｕｓｉｎ２ａ）
（１）
其中：Ｆ为沿轴线方向上的作用力；Ｅ为弹性柱体
的弹性模量；弘为弹性柱体的泊松比；Ａ为弹性桂
测信号的加速度与干涉输出的相位差之间的关系表达式，并讨论了决定加速度相位灵敏度的相
应参数．
关键词：光纤加速度计；传感；干涉；加速度；相位差
中图分类号：７ＩＨ｛泓
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—０９２４（２０嘴）１２一００９０一０Ｂ
ＰｈｙｓｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＳｅｎｓｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＯｎｅＦｉｂｅｒ—ｏｐｔｉｃＡｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ

光纤传感器的分类及特点详解

光纤传感器的分类及特点详解
光纤最早是应用于光的传输，适合长距离传递信息，是现代信息社会光纤通信的基石。

光波在光纤中传播的特征参量会因外界因素的作用而间接或直接地发生变化，由此光纤传感器就能分析探测这些物理量、化学量和生物量的变化。

光纤传感器
光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。

其基本原理是将光源的光经入射光纤送人调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质（如强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。

光纤传感器的分类光纤传感器按结构类型可分两大类：一类是功能型（传感型）传感器；另一类是非功能性（传光型）传感器。

功能型传感器
利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤（或特殊光纤）作为传感元件，对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。

光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，多采用多模光纤。

优点：结构紧凑，灵敏度高。

缺点：须用特殊光纤，成本高。

典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。

非功能型传感器
是利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质，常采用单模光纤。

光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上被测量调制。

优点：无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。

缺点：灵敏度较低。

实用。

光纤Fabry-Perot干涉型传感器研究进展

光纤Fabry-Perot干涉型传感器研究进展陈松;杨秀峰;童峥嵘;曹晔【摘要】简单介绍了光纤F-P传感器的工作原理,然后根据光纤F-P传感探头的制作方法进行分类,从传感特性的角度阐述了当前F-P传感器的研究方向和现状,最后给出了其发展趋势.%Introduced the main principles of fiber-optic F-P sensor and then make classification according to the optical fiber F-P sensing probe's fabrication method and review the latest research progresses of fiber-optic F-P sensor in terms of sensing features. Furthermore, the developing trend is proposed.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】3页(P28-30)【关键词】光纤传感器;光纤F-P传感探头;应变;温度;制作方法【作者】陈松;杨秀峰;童峥嵘;曹晔【作者单位】天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384;天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384;天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384;天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室及智能计算及软件新技术重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TN2530 引言随着光导纤维和光纤通信技术的发展，光纤器件成本的大幅回落，20世纪70年代末，发展起来一门崭新的传感器技术——光纤传感器技术。

光纤传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、复用能力强以及能在恶劣环境下工作等优点。

光纤振动传感器相位解调算法研究综述

上海电力大学学报Journal of Shanghai Universitw of ElecWe Power第37卷第3期2021年6月Vol.37,No. 3Jun. 2021DOI ： 10.3969//issn.2096 -8299.2021.03.008光纤振动传感器相位解调算法研究综述初凤红，魏双娇（上海电力大学电子与信息工程学院，上海200090）摘要:介绍了光纤振动传感器的定义及其类别。

对相位生成载波"PGC ）技术、3x3耦合器解调算法和数字正交解调算法3种光纤振动传感器相位解调算法进行了对比和分析，指出后期相位解调算法仍然有很多改进的方面&最后介绍了未来在实际中有望得到更广泛的应用的情况。

关键词：光纤振动传感器；PGC 解调算法；3 03耦合器解调算法；正交解调算法中图分类号:TN29 文献标志码:A 文章编号：2096 -8299（2021）03 -0247 -06Progress of Phase Demodulation Algorithms for FinerOptic Vibration SensorsCHU Fenghong ， WEIShuangeiao(School of Electronic Information Engineering , Shanghai Universityof Electric Power , Shanghai 200090, China )Abstrad:: Fist , the definition of fiOer optic vibration sensors and types ae introduced. Second ,the penciples of each demodulation algorithm ae anlysized which mainly includes : phase generationcarrier "PGC ) Wchnology ,3 x3 coupler demodulation agorithm ,digital oehogonal demodulation C- goriWm. Fink ty , the advantages and disadvantages ae compaed cd summakzed , which pointed outthat there ae still many improvements in We phase demodulation kgoSthm in We later stage , and itis expected to obtwn wide application in the future.Key word : fiOer optic vibration sensor ； phase generation carrier demodulation algorithm ； 3 x3coupling demodulation kgoTiWm ； quadratae demodulation algorithm光纤是光导纤维的简称，因为光的全反射效应，使得光信号在光纤中传输时损耗非常低，所以在进行长距离的信息传输时，光纤逐渐成为人们的第一选择。

光纤传感器的分类及其应用原理

光纤传感器的分类及其应用原理一、本文概述光纤传感器是一种基于光纤技术的高精度、高灵敏度的测量装置，具有广泛的应用前景。

本文旨在全面介绍光纤传感器的分类及其应用原理。

我们将首先概述光纤传感器的基本概念和分类，然后深入探讨各类光纤传感器的应用原理，以及它们在不同领域中的实际应用。

通过阅读本文，读者将能够更深入地理解光纤传感器的工作原理和应用领域，为相关研究和应用提供有益的参考。

在本文中，我们将重点关注光纤传感器的分类，包括基于干涉原理的传感器、基于光强调制的传感器、基于偏振态的传感器等。

每种类型的光纤传感器都有其独特的工作原理和应用场景。

我们将逐一分析这些传感器的工作原理，以及它们在通信、环境监测、医疗健康、军事等领域中的应用实例。

我们还将关注光纤传感器的优势与挑战。

光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、传输距离远等优点，但同时也面临着成本、可靠性等方面的挑战。

我们将对这些问题进行深入探讨，以期为读者提供全面的光纤传感器知识。

本文旨在全面介绍光纤传感器的分类及其应用原理，帮助读者更好地理解和应用光纤传感器技术。

我们希望通过本文的阐述，能够激发读者对光纤传感器技术的兴趣，推动相关研究和应用的发展。

二、光纤传感器的分类光纤传感器按照其工作原理和传感机制的不同，大致可以分为以下几类：强度调制型光纤传感器：这类传感器主要利用光强的变化来感知外界的物理量，如温度、压力、位移等。

当外界物理量作用于光纤时，会导致光纤中的光强发生变化，通过测量这种变化，就可以实现对物理量的测量。

相位调制型光纤传感器：相位调制型光纤传感器主要利用外界物理量对光纤中光的相位进行调制。

当外界物理量作用于光纤时，会导致光的相位发生变化，通过测量相位变化，可以实现对物理量的测量。

这类传感器具有较高的灵敏度和精度。

偏振调制型光纤传感器：偏振调制型光纤传感器主要利用外界物理量对光纤中光的偏振状态进行调制。

当外界物理量作用于光纤时，会导致光的偏振状态发生变化，通过测量偏振状态的变化，可以实现对物理量的测量。

光纤传感技术课件：相位调制型光纤传感器

增加传感光纤长度 l 的方法，可以提高相位检测的灵敏度。
实际上采用反射镜使光在光纤中传输两次的方法，可以在没
有增加传感光纤长度的情况下，达到相位延迟提高为2f效果。
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相位调制型光纤传感器
因此采用此方法得到的相位差可以表示为
(5.1-12)
有两种反馈装置可以实现光在光纤中传输两次的目的：其一，在传感光纤端面镀以高反射系数的反射膜，使得光纤中的光到达端面后以极高的比例重新耦合到光纤中；其二，在光纤反射端接法拉第旋转镜(FRM)，使得光被反射并重新耦合到传感光纤的同时，其偏振面发生90°的旋转。
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相位调制型光纤传感器
这个相位延迟量可表示为φ=（8πA／λ0c）Ω。式中， Ω为
旋转率， A是光路围成的面积， c是真空中的光速， λ0是真空中的光波长。这样，通过探测器检测干涉光强的变化，便可确定旋转角速度。因此，萨格纳克干涉仪是构成光纤陀螺仪的基础。光纤陀螺仪的结构见图5-7。其灵敏度比空气光程的萨格纳克干涉仪要高几个数量级。首先是由于采用若干圈光纤增加了干涉仪环的有效面积，其次是由于利用了电子探测技术，其相移表达式为φ=(8πNA／λ0c)Ω，式中， N 是光纤环的匝数。
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相位调制型光纤传感器
图5-1 相位调制型光纤传感器的工作原理图
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相位调制型光纤传感器
确切地说，相位调制型光纤传感器通过待测能量场对通过一段单模光纤传输的相干光进行相位调制, 其相位的变化就反映了待测场的大小。由于光敏探测器无法响应激光的高频率, 所以待测场所产生的相位调制不可能直接被探测到, 通常应先把相位调制转换为振幅调制, 而后由探测光强的变化即可得知相位变化。