相位调制型光纤传感器.ppt

第一节5.5.2光纤陀螺光纤陀螺（FiberOpticGyro）陀螺仪（gyroscope）作为一种主要的惯性敏感器件，用于测量运载体的姿态角和角速度，是构成惯性系统的基础核心器件，是决定其性能的关键。光纤陀螺(FOG)是一种基于Sagnac原理的光纤角速度传感器，与传统的陀螺相比，它内部没有机械旋转元件，工作启动时间短，稳定性好，寿命长，动态范围宽，质量轻，易于微型化，保持着较高的性价比。光纤陀螺（FiberOpticGyro）目前，光纤陀螺已经发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，其原理、工艺及其关键技术与传统的机电式仪表有很大的差别，我国已经将光纤陀螺列为惯性技术领域重点发展的关键技术之一。陀螺——惯性导航的关键部件机械陀螺激光陀螺激光陀螺光纤陀螺的优点零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的耐冲击和抗加速度运动的能力；绕制的光纤增长了激光束的检测光路，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级，从而有效地克服了激光陀螺仪的闭锁问题；无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；光纤陀螺的优点相干光束的传播时间极短，在原理上可瞬间启动；易于采用集成光路技术，信号稳定可靠，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；具有较宽的动态范围；结构简单，价格低。体积小，重量轻。FOG——光纤传感器应用的典范光纤传感器应用的典范。体积小、重量轻、精度高、寿命长、抗电磁干扰、启动时间短等优点，最为集中的体现了光纤传感器的优势，是光纤传感器应用中最为成功的范例之一。各学科交叉、物理内涵丰富。光纤光学、偏振光学、非线性光学、光电子学、电子学；Sagnac效应、Kerr效应等。FOG——光纤传感器应用的典范几乎涵盖光纤传感器的全部关键技术。光源高稳定度驱动技术、微弱信号探测技术、信号调制解调技术、信号处理技术、传感器的封装与固化技术。推动光纤有源与无源器件的发展。保偏光纤、耦合器、调制器、起偏器、消偏器、光源、探测器。FOG涉及相关学科法布里-泊罗（F-P）干涉仪01G1,G2间,间距h可调—法布里-珀罗干涉仪扩展源02多光束相干光在L2焦平面上形成等倾圆环条纹准直透镜03G1,G2间,间距h固定—法布里-珀罗标准具分束板，内侧镀膜04单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅地阐述观点。接收屏会聚透镜法布里-泊罗（F-P）干涉仪式中:R——反射镜的反射率；——相邻光束间的相位差。与前几种双光束干涉仪不同，这种干涉仪是多光束干涉。根据多光束干涉原理，探测器探测到干涉光强度的变化为当时，干涉光强有最小值当（n为整数）时，干涉光强有最大值Imax=I0透射的干涉光强的最大值与最小值之比反射率R越大，干涉光强越显著，分辨力越高。特点：精细度高；光谱分辨率高；调整精度要求低。法布里-泊罗（F-P）干涉仪法布里-泊罗（F-P）干涉仪反射率与光强的关系法布里-泊罗光纤干涉仪与一般法布里—珀罗干涉仪的区别在于以光纤光程代替空气光程，以光纤特性变化来调制相位代替以传感器控制反射镜移动实现调相。且因为采用单根光纤，利用多光束干涉来检测应变，避免了前几种传感器所需双光纤配对的问题，且比迈克尔逊型更适合低频应变信号的测量。法布里-泊罗光纤干涉仪其中λ：光波波长R：F-P腔端面反射率θ：光纤数值孔径NA=sinθn：折射率（空气中n=1）单光纤与镜面形成的F-P腔法布里-泊罗光纤干涉仪1、光波波长λ改变仿真条件：F-P腔端面平行NA=0.1R=0.6特征参数对归一化光强特性影响干涉后光强变化以半波长为周期，波长改变不会影响光强输出的强度，波长越小灵敏度越高。法布里-泊罗光纤干涉仪仿真条件：F-P腔端面平行NA=0.1λ=1500nm特征参数对归一化光强特性影响2、F-P腔端面的反射率R改变可以通过增大反射镜面的反射率来获得较大的输出信号值，同时可以提高传感器的灵敏度。灵敏度与线性范围成反比，选用1530nm保证线性范围。特征参数对归一化光强特性影响法布里-泊罗光纤干涉仪3、光纤数值孔径NA改变仿真条件：F-P腔端面平行R=0.6λ=1500nm特征参数对归一化光强特性影响光纤数值孔径对灵敏度影响较小，在对于单调线性位移测量时，可以忽略不计。P16特征参数对归一化光强特性影响法布里-泊罗光纤干涉仪法布里-泊罗光纤干涉仪法布里-珀罗光纤干涉仪是由两端面具有高反射膜的一段光纤构成。此高反射膜可以直接镀在光纤