光纤解调原理
2020-05-07 11:35:42 | 新闻中心          浏览量:155

光的调制和解调可分为:强度、相位、偏振、频率和波长等方式。光的调制过程就是将一携带信息的信号叠加到载波光波上;完成这一过程的器件叫做调制器。在光纤传感器中,光的解调过程通常是将载波光携带的信号转换成光的强度变化,然后由光电探测器进行检测。

强度调制与解调

  光纤传感器中光强度调制是被测对象引起载波光强度变化,从而实现对被测对象进行检测的方式。光强度变化可以直接用光电探测器进行检测。解调过程主要考虑的是信噪比是否能满足测量精度的要求。

几种常用的光调制技术

1.微弯效应

  微弯损耗强度调制器的原理如图。当垂直于光纤轴线的应力使光纤发生弯曲时,传输光有一部分会泄漏到包层中去

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2.光强度的外调制

  外调制技术的调制环节通常在光纤外部,因而光纤本身只起传光作用。这里光纤分为两部分:发送光纤和接收光纤。两种常用的调制器是反射器和遮光屏。

反射光调制的原理结构.png

3.折射率光强度调制

  利用折射不同进行光强度调制的原理包括:①利用被测物理量引起传感材料折射率的变化;②利用渐逝场耦合;③利用折射率不同的介质之间的折射与反射。

反射式物性传感器.png

强度调制器的解调

  强度调制型光纤传感器的关键是信号功率与噪声功率之比要足够大,其功率信噪比RSN可用下列公式计算:

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  若采用硅PIN二极管光电探测器,则可略去暗电流噪声效应;进一步假设调制频率远离1/f 噪声效应区域,则可略去探测器噪声,上式可简化为:

2.png

  利用上式计算的信噪比,对大部分信号处理和传感器应用已绰绰有余。但是,光源与光纤、光纤和转换器之间的机械部分引起的光耦合随外界影响的变化;调制器本身随温度和时间老化出现的漂移;光源老化引起的强度变化以及探测器的响应随温度的变化等,比信号噪声和热噪声对测量精度的影响要大得多。应在传感器结构设计中和制造工艺中设法减小这些影响。

偏振调制与解调

     光波是横波。光振动的电场矢量E和磁场矢量H和光线传播方向s正交。按照光的振动矢量E、H在垂直于光线平面内矢端轨迹的不同,又可分为线偏振光(又称平面偏振光)、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光。利用光波的这种偏振性质可以制成光纤的偏振调制传感器。光纤传感器中的偏振调制器常利用电光、磁光、光弹等物理效应。在解调过程中应用检偏器。

1.普克尔效应

  如图所示,当压电晶体受光照射并在其正交方向上加以高电压,晶体将呈现双折射现象——普克耳效应。在晶体中,两正交的偏振光的相位变化:

普克尔效应.png

2.法拉第磁光效应光纤

  平面偏振光通过带磁性的物体时,其偏振光面发生偏转,这种现象称为法拉第磁光效应,光矢量旋转角:

法拉第效应.png

3.光弹效应

  在垂直于光波传播方向施加应力,材料将产生双折射现象,其强弱正比于应力。这种现象称为光弹效应。偏振光的相位变化:

光弹效应.png




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