光电检测技术 第七章 光偏振调制检测系统
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2 /3 ≥ [2 /（CF+ Δ)] ≥ /3 因余弦函数在此附近变化接近线性，即可的预期效 果。
光弹性效应压力计
偏振光
线偏振光 P
椭圆偏振光
1
23
45
(a)检测原理
1 光源 2、8 起偏器 3、9 1/4波长板 4、10 光弹性元件 5、11 检偏器 6 光纤 7 自聚焦透镜
P 67
8 9 1011
7.1 光弹性效应测力计
光弹性效应：晶体在受压后其折射率发生变化，呈现 双折射的现象称为光弹性效应。
光弹性效应测力计基本结构
为使I和F呈线性关系，光电测力计光路中放入若干云 母片，用以产生附加光程差Δ，光电池接收的光强 为：
I=K{1–cos[2 / （CF+ Δ)]}I0/2 式中K是放入云母片的削弱系数，使
第七章 光偏振调制检测系统
7.1 光弹性效应测力计 7.2 光纤电流电压测试系统
原理：机械应力、磁场、电场——光学媒质的传光特 性（偏振态的变化）
应用：光弹性效应测力计、磁光式电流测试装置、光 纤电压表、BOS电压传感器等
光偏振检测系统有关光学器件： 1.波片：全波片、半波片、四分之一波片 2.偏振分光器件：偏振分光镜、渥拉斯顿棱镜 3.棱镜反射器：直角棱镜、角锥反射镜
为了提高传感器的精度和稳定性，下图为另一种检测方 法的结构。输出光用偏振分光镜分别检测出两个相互垂直方 向的偏振分量；并将这两个分量经“差／和”电路处理，即 可得到与光源强度及光纤损耗无关的输出。该传感器的测量 范围为103Pa～106Pa，精度为±1％，理论上分辨力可达1.4Pa。
这种结构的传感器在光弹性元件上加上质量块后，也可
用于测量振动、加速度。
驱动
1
2 p 345
输出
I2－I1 I1 I2+I1 I2
前置 放大
前置 放大
PD1 6 PD2
光弹性式光纤压力传感器的另一种结构 1 光纤 2 起偏器 3 光弹性元件 4 1/4波长板 5 偏振分光镜 6 反射镜
7.2 光纤电流电压测试系统
法拉第效应（磁光效应）
磁致旋光效应原理
Vd
Hdl
l
=VdLB Vd——菲尔德常数
光纤安培计工作原理
工作原理
光路： 激光→线偏振光（经起偏振器） 线偏振光发生法拉第旋转（光纤线圈中） =Vn∮Hdi=VnI 线偏振光的分光（经渥拉斯顿棱镜）相互正交
电路：
P = (I1－I2)/ (I1+I2) = k
K——光纤性能系数 在V、K、n确定和测出参数P以后，即可求出母线中待测电流的大 小I。
光纤的要求
光源 采用激光二极管 0.85m 温度控制克服温度影响 光纤 整个长度保持原有的偏振态 纤芯截面非圆性及不对称的应力分布会引起双折射 要求：引起的在1°/m以下。
注意修正 限制光纤直线部分的长度、 线圈半径不要过小 适当减小匝数 检测系统 防震
光纤电压测试系统
光纤电压表：高压电测试ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置
I
光纤 载流导线
起偏器 显微物镜
激光器
光探测器 检偏器
记录显示器
光纤电流传感器原理示意图
氦氖激光器
光电池 显示仪表
工作原理
经过光纤传送到光电池的信号光信号I将随电极上所加 外电压的大小V而变化，从而测出待测电压的大小。
II0si2n2I0si2n (2V V /2)
原理：纵向泡克勒斯效应（外加电场使本身各向异性 的物质改变特性。 电光晶体：磷酸二氢氨、磷酸二氢钾、砷酸二氢钾等
应用：275千伏架空输电线下方的静电感应电压
结构
利用光弹性效应测量压力的原理及结构如图。发自 LED的入射光经起偏器后成为直线偏振光。当有与入 射光偏振方向呈45º的压力作用于晶体时，使晶体呈双 折射从而使出射光成为椭圆偏振光，由检偏器检测出 与入射光偏振方向相垂直方向上的光强，即可测出压 力的变化。其中1/4波长板用于提供一偏置，使系统获 得最大灵敏度。
光弹性效应压力计
偏振光
线偏振光 P
椭圆偏振光
1
23
45
(a)检测原理
1 光源 2、8 起偏器 3、9 1/4波长板 4、10 光弹性元件 5、11 检偏器 6 光纤 7 自聚焦透镜
P 67
8 9 1011
7.1 光弹性效应测力计
光弹性效应：晶体在受压后其折射率发生变化，呈现 双折射的现象称为光弹性效应。
光弹性效应测力计基本结构
为使I和F呈线性关系，光电测力计光路中放入若干云 母片，用以产生附加光程差Δ，光电池接收的光强 为：
I=K{1–cos[2 / （CF+ Δ)]}I0/2 式中K是放入云母片的削弱系数，使
第七章 光偏振调制检测系统
7.1 光弹性效应测力计 7.2 光纤电流电压测试系统
原理：机械应力、磁场、电场——光学媒质的传光特 性（偏振态的变化）
应用：光弹性效应测力计、磁光式电流测试装置、光 纤电压表、BOS电压传感器等
光偏振检测系统有关光学器件： 1.波片：全波片、半波片、四分之一波片 2.偏振分光器件：偏振分光镜、渥拉斯顿棱镜 3.棱镜反射器：直角棱镜、角锥反射镜
为了提高传感器的精度和稳定性，下图为另一种检测方 法的结构。输出光用偏振分光镜分别检测出两个相互垂直方 向的偏振分量；并将这两个分量经“差／和”电路处理，即 可得到与光源强度及光纤损耗无关的输出。该传感器的测量 范围为103Pa～106Pa，精度为±1％，理论上分辨力可达1.4Pa。
这种结构的传感器在光弹性元件上加上质量块后，也可
用于测量振动、加速度。
驱动
1
2 p 345
输出
I2－I1 I1 I2+I1 I2
前置 放大
前置 放大
PD1 6 PD2
光弹性式光纤压力传感器的另一种结构 1 光纤 2 起偏器 3 光弹性元件 4 1/4波长板 5 偏振分光镜 6 反射镜
7.2 光纤电流电压测试系统
法拉第效应（磁光效应）
磁致旋光效应原理
Vd
Hdl
l
=VdLB Vd——菲尔德常数
光纤安培计工作原理
工作原理
光路： 激光→线偏振光（经起偏振器） 线偏振光发生法拉第旋转（光纤线圈中） =Vn∮Hdi=VnI 线偏振光的分光（经渥拉斯顿棱镜）相互正交
电路：
P = (I1－I2)/ (I1+I2) = k
K——光纤性能系数 在V、K、n确定和测出参数P以后，即可求出母线中待测电流的大 小I。
光纤的要求
光源 采用激光二极管 0.85m 温度控制克服温度影响 光纤 整个长度保持原有的偏振态 纤芯截面非圆性及不对称的应力分布会引起双折射 要求：引起的在1°/m以下。
注意修正 限制光纤直线部分的长度、 线圈半径不要过小 适当减小匝数 检测系统 防震
光纤电压测试系统
光纤电压表：高压电测试ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置
I
光纤 载流导线
起偏器 显微物镜
激光器
光探测器 检偏器
记录显示器
光纤电流传感器原理示意图
氦氖激光器
光电池 显示仪表
工作原理
经过光纤传送到光电池的信号光信号I将随电极上所加 外电压的大小V而变化，从而测出待测电压的大小。
II0si2n2I0si2n (2V V /2)
原理：纵向泡克勒斯效应（外加电场使本身各向异性 的物质改变特性。 电光晶体：磷酸二氢氨、磷酸二氢钾、砷酸二氢钾等
应用：275千伏架空输电线下方的静电感应电压
结构
利用光弹性效应测量压力的原理及结构如图。发自 LED的入射光经起偏器后成为直线偏振光。当有与入 射光偏振方向呈45º的压力作用于晶体时，使晶体呈双 折射从而使出射光成为椭圆偏振光，由检偏器检测出 与入射光偏振方向相垂直方向上的光强，即可测出压 力的变化。其中1/4波长板用于提供一偏置，使系统获 得最大灵敏度。