相位调制型光纤传感器

北京工业大学理学硕士论文矿：２石ａＮＡ（３．３）Ａ式中丑为工作波长，ＮＡ为光纤数值孔径。

设ａ＝４．５∥ｍ，２＝１３１０ｎｍ，在轴向偏移ｄ为０—１．５／．ｚｍ的情况下，分别对ＮＡ＝０．１５、０．２、０．５的三种光纤进行损耗计算。

图３－２轴向偏移损耗图３－３角度对准误差损耗Ｆｉｇ．３－２ＬａｔｉｔｕｄｅｄｅｐａｒｔｕｒｅｌｏｓｓＦ培．３－３Ａｎｇｕｌａｒｉｎａｃｃｕｒａｃｙ１０１１如图３－２所示，轴向偏移损耗随着偏移误差ｄ的增加而增大，对于数值孔径来说，ＮＡ越大，激光器耦合进光纤的功率越大，但同时功率损耗也越大。

对于ＮＡ＝０．２，ｄ＝ＩＩｔｍ的情况，横向偏移损耗Ｌ＝０．２４７７ｄＢ。

图３．１（ｂ）所示为角度误差，角度对准误差的产生是由于两根光纤的轴之间存在一个角度，以至于两根光纤的端面不再平行。

对于单模光纤间的角度对准误差，其函数关系为：Ｌｓｕ．。

，，ｔ＝－ｌＯｌｏｇＩｏｘｐ［一降）２］）㈨，其中，，ｌ’是包层的折射率，ｐ是用弧度表示的角度对准误差，Ｗ是模场半径，五为工作波长．利用（３－２）式和（３－４）式，设归一化频率Ｖ－－－２．４０，包层折射率ｎ２＝１．４６５，纤芯半径口＝４．５朋，当口为蠡一云（ｏ．５．一２‘）时，分别对工作波长为８５０衄、１３１０ｒｉｍ、１５５０ｒｉｍ三种情况进行损耗计算．角度对准误差损耗随着角度误差口的增加而增大，如图３－３所示。

工作波长越长损耗越小，因而在实际工程中应尽量选择长波长的光源。

当波长为１３１０ｒｉｍ时，对于在连接过程中有１。

的角度误差时的损耗为０．４０２３ｄＢ．北京工业大学理学硕士论文（ａ）光源波长不同（ｂ）光源线宽不同图３－６分布式光纤传感的空间分辨率Ｆｉｇ．３－６Ｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ￥ａｄＳＯｒ图３－６（ａ）是光源线宽为４０ｎｍ时，空间分辨率与光源波长、偏振色散系数的关系，偏振色散系数大空间分辨率高，反映了耦合模与本征模之间的干涉。

相位敏感的光纤传感器工作原理光纤传感器在许多领域都得到了广泛的应用，而相位敏感的光纤传感器更是以其独特的优势在众多传感器中脱颖而出。

本文将详细介绍相位敏感的光纤传感器的工作原理。

一、基本概念光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的光电器件，它可以感知外界环境的变化，并利用光纤将这种变化传输到光电器件，从而实现对被测量变化的感知。

相位敏感的光纤传感器则是一种特殊类型的光纤传感器，它利用光纤中的相位变化来感知外界环境的变化。

二、工作原理相位敏感的光纤传感器基于光的干涉原理进行工作。

它利用两个平行的光纤，其中一个光纤中的光信号被调制，形成相干光。

当这两个光纤之间的相位差发生变化时，干涉条纹的亮度也会随之改变，从而感知外界环境的变化。

具体来说，相位敏感的光纤传感器在感知外界变化时，会利用一个可调元件（如折射率可调元件）来改变光纤之间的相位差。

当外界环境发生变化时，可调元件的参数也会随之变化，从而改变光纤之间的相位差。

这种变化会被传输到光电器件，从而产生相应的电信号，实现对被测量变化的感知。

三、优点与缺点相位敏感的光纤传感器具有许多优点，如灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强、测量范围广等。

它可以通过光纤传输信号，具有很好的隐蔽性和安全性，因此在军事、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

然而，相位敏感的光纤传感器也存在一些缺点。

例如，它需要精确的相位控制和调制技术，这会增加传感器的制造成本和复杂性。

此外，它还可能受到环境因素的影响，如温度、压力等，需要采取相应的措施来克服这些影响。

四、应用场景相位敏感的光纤传感器在许多领域都有应用，如机械振动监测、液体质量流量测量、应变测量、环境监测等。

它可以用来感知各种物理量，如温度、压力、速度、加速度等，为各种工业过程和环境监测提供了新的手段。

五、未来发展随着科技的不断进步，相位敏感的光纤传感器也在不断发展和改进。

未来，我们可能会看到更高精度、更低成本、更易于集成的新型相位敏感的光纤传感器。

五类光纤传感器基本原理和优点简介来源：与非网根据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传感器都可再分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。

1）强度调制型光纤传感器基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。

恒定光源发出的强度为I的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的作用下其强度发生了变化，即受到了外场的调制，使得输出光强的包络线与被测信号的形状一样，光电探测器测出的输出电流也作同样的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。

这类传感器的优点是结构简单、成本低、容易实现，因此开发应用的比较早，现在已经成功的应用在位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等的测量。

强度调制的方式很多，大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。

一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。

但是由于原理的限制，它易受光源波动和连接器损耗变化等的影响，因此这种传感器只能用于干扰源较小的场合。

2）相位调制型光纤传感器基本原理是：在被测能量场的作用下，光纤内的光波的相位发生变化，再用干涉测量技术将相位的变化转换成光强的变化，从而检测到待测的物理量。

相位调制型光纤传感器的优点是具有极高的灵敏度，动态测量范围大，同时响应速度也快，其缺点是对光源要求比较高同时对检测系统的精密度要求也比较高，因此成本相应较高。

目前主要的应用领域为：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；利用赛格纳克效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。

3）频率调制型光纤传感器基本原理是利用运动物体反射或散射光的多普勒频移效应来检测其运动速度，即光频率与光接收器和光源间运动状态有关。