相位调制型.
(完整版)相位调制系统
§8.4 二进制数字相位调制（2PSK和2DPSK）§8.4.1 二进制相移键控（2PSK）1.2PSK的一般原理及实现方法绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。
二进制相移键控中，通常用相位0和来分别表示“0”或“1”。
2PSK已调信号的时域表达式为（8-20）这里，与2ASK及2FSK时不同，为双极性数字基带信号，即（8-21）式中，是高度为1，宽度为的门函数；（8-22）因此，在某一个码元持续时间内观察时，有，或（8-23）当码元宽度为载波周期的整数倍时，2PSK信号的典型波形如图8-11所示图8-11 2PSK信号的典型波形2PSK信号的调制方框图如图8-12示。
图（a）是产生2PSK信号的模拟调制法框图；图（b）是产生2PSK信号的键控法框图。
图8-12 2PSK调制器框图就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。
而就键控法来说，用数字基带信号控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时为单极性NRZ或双极性NRZ 脉冲序列信号均可。
2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调，其方框图如图8-13。
工作原理简要分析如下。
图8-13 2PSK信号接收系统方框图不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为（8-24）式中为2PSK信号某一码元的初相。
时，代表数字“0”；时，代表数字“1”。
与同步载波相乘后，输出为（8-25）经低通滤波器滤除高频分量，得解调器输出为（8-26）根据发端产生2PSK信号时（0或）代表数字信息（“1”或“0”）的规定，以及收端与的关系的特性，抽样判决器的判决准则为（8-28）其中为在抽样时刻的值。
2PSK接收系统各点波形如图8-14所示。
图8-14 2PSK解调各点波形可见，2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。
光纤原理
折射光
折射率 n1 折射率 n0
θ1
入射光 Ii 反射光 Ir
θ1 < θc 当n0< n1入射角小于临界角时，在 入射角小于临界角时， 界面上将产生反射和折射光束。 界面上将产生反射和折射光束。
T1 = (1 − R )
2
（二）光吸收损耗
空气n 空气n0 A 入射光强I 入射光强I0 θ0 透射光强I 透射光强I B n2 n1 C d
2011年9月6日
6
子午平面
θz
2011年9月6日
7
光纤的另一种分类方法是按 光纤的传播模式来分，可分为多 光纤的传播模式来分，可分为多 模光纤和单模光纤两类 两类。 模光纤和单模光纤两类。多模光 多用于非功能型（NF） 纤多用于非功能型（NF）光纤 传感器；单模光纤多用于功能型 传感器；单模光纤多用于功能型 FF）光纤传感器。 （FF）光纤传感器。 下面介绍模的概念
入射角的最大值 为： 1 2 2 sinθ c = n1 - n 2 n0 将sinθc定义为光导纤维的数值孔径,用NA sinθ 定义为光导纤维的数值孔径, 表示, 表示,则
1 2 2 NA = sinθ c = n1 - n 2 n0
NA意义讨论： NA意义讨论： 意义讨论 • NA表示光纤的集光能力，无论光源的发 NA表示光纤的集光能力 表示光纤的集光能力， 射功率有多大，只要在2θ 射功率有多大，只要在2θc张角之内的入 射光才能被光纤接收、传播。 射光才能被光纤接收、传播。若入射角 超出这一范围，光线会进入包层漏光。 超出这一范围，光线会进入包层漏光。 • 一般NA越大集光能力越强，光纤与光源 一般NA越大集光能力越强， NA越大集光能力越强 间耦合会更容易。 NA越大光信号畸变 间耦合会更容易。但NA越大光信号畸变 越大，要选择适当。 越大，要选择适当。 • 产品光纤不给出折射率N，只给数值孔径 产品光纤不给出折射率N NA。 NA。
光纤应变传感器
系统线性范围小、分辨率低
I1 I 0 0.8
0.6
R=0.8 R=0.5
R=0.3
R=0.9
0.4
R=0.1
0.2
R=0.04
0
0
5
10
图6-13 F-P干涉动态工作特性
Fig.6-13 dynamic properties of F-P interference
/rad
光纤传感器抗震动能力差
光源
传感元件
6-8 马赫-曾德光纤应变传感原理结构
信号光纤
Fig.6-8光T纤he耦pr合in器ci1ple structure of Mach-Zehnder’s strain光s纤en耦so合r 器2
最大测量范围为1200με，最参高考分光辨纤率为2με
光电
转换
法布里-珀罗光纤应变传感器
激光源
偏振型光纤应变传感器
起偏器
透镜
激光器
图6-5 偏振光纤应变计 光学准直器
光纤
Fig.6-5 Polarimetric optical fiber strain gauge
最大测量范围[34]为1200με，分辨率为 5με
光电检Βιβλιοθήκη 测体透镜 检偏器测器
相位调制型光纤应变传感器
麦克尔逊(Michelson)干涉型光纤应变传感器 马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)光纤应变传感器 法布里-珀罗(Fabry-Perot简写为F-P)光纤应变传感器 光纤光栅传感器
多模光纤
L 反射镜
空芯光纤 焊接(或粘接)
多 a)(光单纤)模与光被纤测表面
反射光
金属丝
(b) 单模与应多变模传光感光 纤纤
第五章-相位调制型光纤传感器PPT课件
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。
光纤传感器的调制原理
传感器之家
光纤传感器的调制原理
随着光纤和光通信技术的发展，光纤传感器也应运而生。
光纤传感器是以光纤为基础，感测外界物理量变化的一种传感技术。
由于光在传播过程中，由于温度、压力、电磁场等的影响下，其振幅、相位、波长等会发生变化，从而构成强度、波长等的调制，基于这一原理，制造出各种不同的光纤传感器。
下面简要说下这几种调制原理。
一、强度调制。
它是利用测试信号的变化来改变光纤中光的强度，然后通过解调来实现对被测量的测量。
影响光强变化的因素有：光纤的微弯状态、光纤的吸收特性和折射率等。
二、相位调制。
外界信号的变化，使光纤中的光波发生相位改变的调制，常见的相位调制有：功能型调制、萨格奈克调制和非功能型调制。
三、频率调制。
通过检测光波频率或波长的变化，来测量外界信号变化的调制技术，这种调制称为波长调制或频率调制。
频率调制多采用多普勒效应，多用于测量流体的速度。
四、偏振调制。
这里涉及光波的两个物理量：电场矢量和磁场矢量。
它们都是与光波的传播方向相垂直的。
根据这两个物理量的变化，光可以分为线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光和完全偏振光。
根据这些类型，可以制成各种不同的偏振调制传感器，利用的效应有磁光效应、电光效应和光弹效应。
传感器之家。
磁导谐波磁场相位调制电机 nvh
磁导谐波磁场相位调制电机（NVH）是一种新型的电机技术，它采用了磁导谐波技术和磁场相位调制技术，可以实现高效、低噪音、低振动的运行特性。
本文将从深度和广度两方面对NVH进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章。
1. NVH的基本原理磁导谐波技术是一种利用非线性磁路特性实现磁场谐波增强的技术，通过合理设计磁路结构和谐波电流控制，可以显著提高电机的功率密度和效率。
而磁场相位调制技术则是通过控制电机磁场相位分布，使得电机在运行中产生的磁场波动降低，从而减小噪音和振动。
NVH则是将这两种技术相结合，实现了高效、低噪音、低振动的电机运行。
2. NVH在电机领域的应用与发展NVH技术的出现，对电机领域产生了巨大的影响。
在家电、汽车、工业生产等领域，NVH技术都可以发挥重要作用。
在汽车行业，NVH电机可以减小车辆的噪音和振动，提升驾驶舒适性；在工业生产中，NVH电机可以降低机器设备的运行噪音，提高生产效率。
随着技术的不断进步，NVH在电机领域的应用前景将更加广阔。
3. NVH的优势与挑战NVH技术相较于传统电机技术具有明显的优势，例如高效、低噪音、低振动等特点，受到了广泛关注。
然而，NVH技术也面临着一些挑战，例如技术成熟度、成本控制等方面的问题，需要不断努力和创新来克服。
在未来的发展中，NVH技术将不断完善，并在各个领域得到应用。
总结回顾：通过对NVH的深度和广度评估，我们对这一新型电机技术有了更加全面、深刻的理解。
NVH技术的出现，为电机领域带来了诸多机遇和挑战，我们相信在不久的将来，NVH技术将在各个领域得到广泛应用。
个人观点与理解：从我个人的观点来看，NVH技术的出现对于提升电机性能和改善电机运行环境具有重要意义。
我相信随着技术的不断进步，NVH技术将会更加成熟，为人们的生活和工作带来更多便利和舒适。
在写作中保持简单明了，深入探讨NVH技术，着重提及主题内容，并就NVH的意义和前景进行多角度分析，会使文章更加深入和有说服力。
pam相位幅度调制
PAM相位幅度调制一、引言相位幅度调制（PAM）是一种数字调制方法，用于将数据信号转换为适合传输的信号形式。
PAM通过改变信号的幅度和相位来传输数据，它在通信系统、雷达、声呐等领域有着广泛的应用。
本文将对PAM的工作原理、优势与局限、应用场景、未来研究方向与展望以及结论进行深入探讨。
二、PAM工作原理PAM工作原理基于幅度和相位调制的概念。
在PAM中，输入的数据信号被分为多个子频带，每个子频带使用不同的幅度和相位进行调制。
具体来说，输入的数据信号被分为M个等级，每个等级对应一个特定的幅度和相位组合。
在发送端，PAM将输入的数据信号映射到M个不同的幅度和相位组合上，生成一个M进制的PAM信号。
在接收端，PAM信号通过解调器恢复出原始的数据信号。
三、PAM的优势与局限PAM具有以下优势：1.抗干扰能力强：由于PAM采用多个幅度和相位组合进行调制，可以有效地抵抗噪声和其他干扰的影响。
2.频谱利用率高：相对于其他数字调制方法，PAM可以在相同的带宽内传输更多的数据。
3.易于实现：PAM的解调器设计相对简单，可以实现高速的数据传输。
然而，PAM也存在一些局限性和挑战：1.对信道条件敏感：当信道条件发生变化时，PAM信号的幅度和相位可能受到影响，导致误码率的增加。
2.对设备性能要求高：在高速数据传输中，PAM对发送和接收设备的性能要求较高，需要高精度的模拟-数字转换器和数字-模拟转换器。
3.复杂度随M增加而增加：随着PAM的等级数M的增加，信号的复杂度和处理难度也会增加。
四、PAM的应用场景PAM在许多领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用场景：1.光纤通信：在光纤通信系统中，PAM常被用于高速数据传输，因为它可以有效地利用带宽并抵抗光纤传输中的噪声和干扰。
2.无线网络通信：在无线网络通信中，由于信道条件的不稳定和多径效应，传统的QAM等调制方法可能会受到限制。
而PAM具有较好的抗干扰能力，因此在无线网络中得到了广泛应用。
高调制深度低半波电压谐振型电光相位调制技术简介
谐振型电光功能器件简介——谐振电光相位调制器一、引言光电功能器件是指具有特定的光学、电学及光电相互转换效应的器件，是现代信息科学技术领域的支柱之一。
电光调制器及光电探测器是非常重要的光电功能器件，是锁定反馈、光电信息转化、光通讯、光电信息调制等领域中的关键器件，尤其在PDH(Pound-Drever-Hall, 简记为PDH)稳频锁定技术中发挥不可替代的作用[2]。
PDH技术广泛应用于大科学装置前沿研究、量子光学、光通信等领域[3-6]；利用电光相位调制器[7]进行激光相位调制是实现标准PDH稳频锁定的首要过程，光电探测则可将携带的微弱调制信号及谱峰信号等信息进行光电转化为电信号，后续经过比例积分微分等电路进行反馈控制，以便实现稳定锁定及稳频等目标。
铌酸锂（LiNbO3）晶体以其较高的电光系数已经在光子学器件、各种电光调制器、脉冲激光系统光谱整形、量子光学等方面应用广泛。
传统商用宽带电光调制器将驱动电压直接加载在电光晶体两端，以实现电光相位或振幅调制等[7]，这种调制器半波电压（Vπ）较高，调制深度较低且需要较高驱动电压。
在制备超稳激光以及超窄线宽激光等场合中需要将激光锁定在超稳腔上，由于超稳腔的精细度较高，一般至少在十几万以上，这就需要注入超稳腔的光功率极低，一般为微瓦级及以下，同时需要电光相位调制器具有较高调制深度以得到高信噪比误差信号并进行锁定，而且电光相位调制中的剩余振幅调制一直是影响超稳激光稳定性的关键因素之一。
然而，电光相位调制中的剩余振幅调制一直是影响超稳激光稳定性的关键因素之一。
在2016年，山西大学郑耀辉课题组利用单端楔形LiNbO3晶体分离不同偏振出射激光，可以有效抑制剩余振幅调制，提高量子光源稳定性；中科院国家授时中心张首刚团队在2016年，利用布鲁斯特角切割的电光调制晶体抑制剩余振幅调制，制备了超稳激光；在2019年，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院陈李生团队利用声光相互作用理论解释剩余振幅调制产生机理，并实验测试了不同形状电光晶体抑制剩余振幅调制效果；在国外，美国佛罗里达大学Dooley通过在双端切角的晶体上分区域施加电压抑制电光相位中的剩余振幅调制；德国Qubig公司研发了谐振型电光调制器，Vπ为4.2 V@780 nm，Q值为76，谐振频率为20 MHz，为超稳激光等领域提供关键器件。
PZT型相位调制器1
OPE A K ®PZT-LSM 型相位调制器是一款光纤缠绕在压电陶瓷（PZT ）上，利用PZT 压电效应所构成的相位调制器件，采用独特的多层缠绕方法，使得该产品具有高稳定性、高速调制特性，可选配多种类型光纤（见订购信息），可应用于开环相位调制解调、可变光纤延迟线、光纤干涉仪、＆OTDR 、光纤震动校准等光学传感领域。
该模块外形紧凑小巧，方便客户进行系统集成。
低的电压驱动能力，适用于标准信号源驱动能力。
☑ 极小封装尺寸。
☑ 多种光纤类型可选（SM/PM ）。
☑ 高速调制速率。
☑ 低电压驱动能力。
☑ 独特缠绕方式。
应用领域∙ 光学（光纤）干涉仪 ∙ 相位调制器 ∙ 光纤延迟线 ∙ ＆OTDR ∙ 光纤传感测试图谱性能参数最小值 典型值 最大值 备 注1注：插入损耗在单模时含连接器损耗，保偏时不含连接器损耗。
性能指标图1搭建等臂长马赫曾德干涉仪测试图谱测试数据图2 驱动频率29KHz 时，驱动电压与光纤膨胀量订购参数ESD ProtectionThe laser diodes and photodiodes in the module canbe easily destroyed by electrostatic discharge. Usewrist straps, grounded work surfaces, and anti-statictechniques when operating this module. When not inuse, the module shall be kept in a static-freeenvironment.Laser SafetyThe module contains class 3B laser source perCDRH, 21CFR 1040.10 Laser Safety requirements.The module is Class IIIb laser products per IEC60825-1:1993.外形尺寸。
相位调制_软开关控制器ML4818
器件应用相位调制/软开关控制器M L4818贾明军 段景汉 王鸿麟摘 要 相位调制变换器是一种新型零电压转换开关变换器。
它比普通的PWM变换器有许多优点,如工作频率高、损耗小、体积小、重量轻等。
采用相位调制控制器M L4818,可以使相位调制变换器电路更加简单,工作更加可靠。
文章介绍了M L4818的内部结构、管脚功能和基本工作原理,还给出全桥相位调制型开关电源实际电路。
关键词 相位调制 软开关 逐脉冲限流 相位调制型开关电源一、概 述M L4818用于控制全桥软开关变换器。
与普通的PWM变换器不同,相位调制技术允许零电压开关转换和变压器方波驱动。
该集成电路通过调制桥式变换器高端和低端的相位,从而控制输出功率。
M L4818可实现电流型控制,两个输出信号的延迟时间可通过外接元件调整,以实现零电压开关转换。
该器件可完成逐脉冲限流、综合故障检测、软起动复位等功能。
欠压封锁后,电压必须上升6V方能重新起动;起动电流很小,市电经整流后通过小功率降压电阻,可以直接加到器件的直流电源电压输入端,在变换器关断状态下,该器件具有很小的静态电流。
采用M L4818BiCM O S相位调制器可实现高频(大于500kHz)相位调制。
M L4818中有4个大电流推拉输出驱动级。
这些输出驱动级具有很高的转换速率和很小的交越导通时间。
二、主要特点M L4818具有下列主要特点:1.控制全桥相位调制零电压开关变换器且零电压转换时间可调;2.工作频率固定(500kHz);3.电流型控制;4.逐周限流、综合故障检测和重新起动延时;5.精密的5V基准电压(+1%);6.有4个峰值电流为1.5A的推拉输出驱动级;7.内部含有滞后电压为6V的欠压封锁电路;8.采用功率型双列直插(DIP)封装,允许的功耗较大。
三、方框图M L4818由相位调制器、误差放大器、振荡器、各种比较器和触发器、四路输出驱动器等部分组成,如图1所示。
四、管脚排列及管脚功能M L4818采用24脚功率型DIP封装和24脚SOIC封装,两种封装的管脚排列如图2所示。
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
相位型空间光调制器的自参考标定方法
na)
y,Be
j
Ab
s
t
r
a
c
t:Pha
s
e
Ｇ
on
l
t
i
a
ll
i
tmodu
l
a
t
o
r(
SLM)modu
l
a
t
e
st
hepha
s
eo
ft
hel
i
tquan
t
i
t
a
t
i
ve
l
yspa
gh
gh
y．
Duet
ot
hel
imi
t
edmanu
f
a
c
t
ur
ep
r
o
c
e
s
s,t
heSLM ne
edt
obec
a
l
i
b
生参考光,形成自参考的干涉光路,测量相位.以
调制出不同 的 相 位.为 了 获 得 准 确 的 相 位 调 制,
Ho
l
oeye公司的 SLM 为例,该公司提供常用的标
定方案如图 １ 所示.激光束经过扩束、准直、起偏
波长与预设工作 波 长 不 同 时,相 同 的 折 射 率 也 会
需要对 SLM 进行标定.
找表 (
Look
Ｇ
up
ＧTab
l
e,
LUT)被 应 用 至 整 个 SLM
的所 有 区 域 上. 因 此,这 种 方 法 是 一 种 全 局 的
SLM 相位调制标 定 方 法,即 假 设 SLM 上 每 个 像
光纤传感器介绍
氙闪光灯
触发 电极
激光束 聚光器 红宝石棒Al 2O3
2
光纤传感器的发展
但是在当时,光纤传感器真正投入实际应用的却不多,这主 要是因为与传统的传感技术相比,光纤传感器的优势是本 身的物性特性而不是功能特性.
因此,光纤传感技术的重要应用之一是利用光纤质轻、径 细、强抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小,集信 息传感与传输于一体等特点,解决常规检测技术难以完全 胜任的测量问题.
号传输.
21
光纤传感器的分类——相位调制型
相位调制型光纤传感器：
是利用被测对象对敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或传播 常数发生变化,而导致光的相位变化,使两束单色光所产生的干涉条纹 发生变化,通过检测干涉条纹的变化量来确定光的相位变化量,从而得 到被测对象的信息.
通常有利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效 应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器以及利用 光纤赛格纳克[Sagnac]效应的旋转角速度传感器[光纤陀螺]等.
强度调制型光纤传感器：
是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射率、吸收或反射 等参数的变化,而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器.
有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性；振动膜或液晶的反 射光强度的变化；物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的 现象；以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度 、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器.
2021/12/2
19
法拉第效应
许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的平面偏振光的偏 振方向旋转,这种现象称为磁致旋光效应或法拉第效应.
向 传播方
振动面 线偏振光
2021/12/2
2电光相位调制
2. 电光相位调制图1所示的是一电光相位调制的原理图，它由起偏器和电光晶体组成。
外电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位，相位的变化为L n cx c x ''∆-=∆ωϕ (3.2-11) 输出光场为])s i n 21(c o s [633L t E r n n c t A E m m o o c c c o ωωω--= 则上式可写成)sin cos(t m t A E m c c out ωωϕ+= (3.2-12)3.电光调制器的电学性能对电光调制器来说，总是希望获得高的调制效率及满足要求的调制带宽。
下面分析一下电光调制器在不同调制频率情况下的工作特性。
电光调制器的等效电路如图2所示。
其中，V s 和R s 分别表示调制电压和调制电源内阻，C 0为调制器的等效电容，R e 和R 分别为导线电阻和晶体的直流电阻。
由图可知，作用到晶体上的实际电压)()/1(1)/1(1000R R R R C i R R R R V C i R R R C i R V V e s e s s e s s ++++=+++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=ωωω 在低频调制时，一般有e s R R R +>>，0C i ω也较小，因此信号电压可以有效地加到晶体上。
但是，当调制频率增高时，调制晶体的交流阻抗变小，当10)(->C R ω时，大部分调制电压就降在R s 上，调制电源与晶体负载电路之间阻抗不匹配，这时调制效率就要大大降低，甚至不能工作。
实现阻抗匹配的办法是在晶体两端并联一电感L ，构成一个并联谐振回路，其谐振频率为1020)(-=LC ω，另外再并偏振器调制光 图1 电光相位调制原理图联一个分流电阻R L ，其等效电路如图39所示。
当调制信号频率0ωω=m 时，此电路的阻抗就等于R L ，若选择R L >>R s ，就可使调制电压大部分加到晶体上。
但是，这种方法虽然能提高调制效率，可是谐振回路的带宽是有限的。
第七章 光纤传感技术
第7 章光纤传感技术光纤传感技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体, 光纤为介质,感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。
在低损耗光纤问世不久的20世纪70年代中期人们就开始了光纤传感器的研究。
这主要是因为光纤用于传感具有独特的优点, 如无源性、化学惰性、绝缘性、极宽的信号带宽、“传”“感”合一等, 此外还有诸如灵敏度高、响应速度快、动态范围大、抗电磁干扰等。
光纤传感器经过二十多年的发展, 目前已经成为一个种类繁多的传感大家族。
本章将首先介绍光纤传感器的优点及分类方法, 随后介绍几类非常重要的光纤传感器, 比如光纤法珀传感器、光纤白光干涉传感器、光纤陀螺传感器、光纤光栅传感器等。
在介绍这些传感器时, 本书着重于介绍这几类传感器的基本传感原理、解调方法及简单的应用技术。
7. 1 引言光纤不仅能用作光波的传输媒介, 而且光纤中传输的光波的特征参量, 如振幅、相位、波长、偏振态, 以及模式等, 对外界环境因数, 如温度、压力、辐射等比较敏感。
因此通过测量光纤中传输的光波的特征参量的变化即可实现对外界相应环境参量的测量, 这也就间接实现了引起环境因素变化的相应物理量的测量。
7.1.1 基本结构光纤传感器一般由四大部分组成: 光源、信号传输光纤、传感头、光电转换及信号处理, 具体结构如图7. 1 所示。
图解光波作为载波经入射光纤传输到传感头, 光波的某些特征参量在传感头内被外界物理量所调制, 含有被调制信息的光波经出射光纤传输到光电转换部分, 经解调后就能得到被测物理量的大小和状态。
由于光波的频率很高, 且是一种二维信号载体, 所以它能传感和传输的信息量极大。
7.1. 2 光纤传感器的分类1. 按照光纤在传感系统中的功能分光纤传感, 包含对外界信号(被测量) 的感知和传输两种功能。
所谓感知(或敏感) , 是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量, 如强度(功率) 、波长、频率、相位和偏振态等发生变化, 测量光参量的变化即“感知”外界信号的变化。
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。
11
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。
31
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。
2
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
3
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
特点
信 号 Is t 出 射 光 波
入 射 光 波
相位调制区
参考信道
பைடு நூலகம்
特点：
干涉测量灵敏度高 直接测量物理量：应力（压力10-7Pa）、应变（10-7）、
温度（10-8℃） 、电磁场 多参量同时测量、灵活 需要特殊光纤－单模、保偏、增敏、去敏
相位调制型
*干涉效果的定量表征－条纹的清晰度
2 1 2 2 1 2 0
没
0
1
2
1
2
P点是任意的 不发生干涉现象。 如果两光波的位相δ固定不变，则有 1 cos d cos I I1 I 2
0
2 I1I 2 cos
相干条件
干涉的三个必要条件
两叠加光波的位相差固定不变
振动方向相同 频率相同 定义：相干光波、相干光源
多光束干涉
I I0 4R 2 sin 1 2 (1 R ) 2
R：反射率；φ：相邻光束的相位差
结论
discrimina bility(sen sitivity) R
2 光纤干涉仪1-2
相位调制型
Mach-Zehnder干涉仪和Michelson干涉仪
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
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
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 L n a
1 相位调制机理
相位调制型
cont’d
温度应变效应－类似于应力应变效应
dL dn k0 L n T dT dT
仅考虑径向折射率变化时：
1 n 1 n2 z P 11 P 12 r P 11 z T n T T 2
材料折射率变化与应变
应变效应 光弹效应 泊松效应
的关系参考书（76-77）
传感机理
相位调制型
例3-1：水和空气对应的分别为6×10-6K/Pa 和9×10-2K/Pa 说明：
水声传感时
温度变化项完全可以忽略 裸光纤放在空气中时 温度变化项反而是压力 变化项的2×103倍 灵敏度比水声高一个数量 级
光栅写入装置
DFB
2 光纤干涉仪3
相位调制型
Sagnac干涉仪
结构 优势：
LD
耦合器
Ω
无活动部件 无非线性效应 无闭锁区
Δl 1 2
PD
Id
Ω
R
8nA Ω λ 0C
B
-π
0 π/2 π 光强-相移关系
2φ
2 光纤干涉仪3
4个问题
相位调制型
cont’d
探测臂
干涉光强 : LD
耦合器
I (1 cos ), 耦合器 if , 2m and m L
干涉条纹 可移动
光纤反射端面
外界因素引起 L 和 参考臂 n 的变化：
LD
L
耦合器
探测臂
PD 信号处理
L L L L L n L D 参考臂 L n 固定 D
对于四层光纤，考虑边界条件：
0.71105 / C , T
103rad /( C m) LT
1 相位调制机理
相位调制型
cont’d
多层结构的考虑：
纤芯、包层、衬底、一次涂敷、二次涂敷…
结论：
二次涂敷对单模光纤的灵敏度影响最大。 PZT MZ干涉仪中，声压力产生的温度效应
o
清晰度
o
条纹的反衬度K（对比度） 来定量表征清晰度
o
o o
K=1: 清晰度最大－完全相干 K=0: 清晰度最低－非相干 0<K<1: 部分相干
IM Im K IM Im
o
三个因素：光源大小、非单 色性；两相干光波的振幅比
o
K
2 A1 A2 1 A1 A2
2
当A1=A2时，K=1； 而A1与A2相差 越多，K值越小
相位调制型
光纤传感器
Fiber Optic Sensors
相位调制型
光纤传感器的分类
功能型
强度调制型 相位调制型 频率调制型 波长调制型 偏振调制型
入射光波
入射光波的特征参量：相位
出射光波
按照被调制的光波参数
外界因素： 温度，压力，电 磁场，位移
核心技术—光调制技术
相位调制型
*相干条件（产生干涉的条件）
在观察时间 内，许多波列都通过P点 原子前后发出的两列光波相互 独立
0 0 2 1 2 2 1 2
相位调制型
1 有固定的位相关系 I Id (a a 2a a cos )d 两个发光原子 同时 发出的波列形成的干涉 a a 2a a / cos d 图样只能在极短的时间内存在 如果各时刻到达的波列的位相差δ无规则变化，则 接收器只能记录到强度的 平均值 1 2 2 cos d 0 I a a I I
实现应变的方法：
光纤
2 光纤干涉仪的类型
相位调制型
Mach-Zehnder干涉仪和Michelson干涉仪 Fabry-Perot干涉仪 Sagnac干涉仪（环形腔） 相位压缩原理与微分干涉仪 白光干涉
干涉测量原理
相位调制型
双光束干涉：
2 A2 A1 A2 ( ) 2 2A 1A2cos
波导效应，可忽略
2 光纤干涉仪1-2 cond’t
相位调制型
MZ干涉仪的应用例－线性调频外差型干涉仪
L 固定光程差（～10cm－由光源线宽决定）
隔离器 耦合器
L L n L D L n D 检测：锁相、比较和计数
耦合器
解决：
条纹高细分困难，导致精度不高折射率变化区 测量灵敏度和精度随光程差改变； 驱动 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