光纤传感复习题

#答案：(1)工作原理：光偏振调制，是指外界信号(被测量)通过一定方式使光纤中光波的偏振面发生规律性偏转或产生双折射，从而导致光的偏振特性变化，通过检测光的偏振变化即可测出外界被测量。物质在磁场的作用下使通过的平面偏振光的偏振方向发生旋转，这种现象称为磁致旋光效应或法拉第(Faraday)效应。即处于磁场中的光纤会使在光纤中传播的偏振光发生偏振面的旋转，其旋转角度Q与磁场强度H、磁场中光纤的长度L成正比。二VHL式中v是菲尔德(Verket)常数，是光纤的材料常数。由于载流导线在周围空间产生的磁场Q=VLI=VNI满足安培环路定律，对于长直导线有H=I/(2nR),因此只要测量Q,L,R的值，就可以由R求出长直导线中的电流I。工作过程：从激光器1中发出的激光束经起偏器2、物镜3耦合进入单模光纤4。6是高压载流导线，通过其中的电流为I。5是绕在导线上的光纤，在这一段光纤上产生磁光效应，使通过光纤的偏振光产生一角度为Q的偏振面的旋转。出射光经偏振棱镜8把光束分成振动方向垂直的两束偏振光。再通过光探测器7变为电信号，分别送进信号处理单元9进行运算。最后计算输出的将是函数属于功能型偏振态调制型应用：最典型的例子就是电力系统中高压传输线用的光纤电流传感器下图为光纤长周期光栅折射率传感示意图，请分析说明(1)此传感器的工作原理、过程及应用(2)如何进一步提高灵敏度(3)属于功能型还是非功能型(4)此传感器的调制类型LPG折射率传感示意图答案：(1)光波长调制，是指外界信号(被测量)通过选频、滤波等方式改变光纤中传输光的波长，测量波长变化即可检测到被测量，这种调制方式称为光波长调制。长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，无后向反射，在传感测量系统中不需要隔离器，测量精度高。LPG的耦合发生在芯层导模与同向传输的包层模之间，因包层的渐逝场分布延伸到了包层外的介质中。这决定了LPG本质上对外界折射率非常敏感，尤其是当外界折射率接近包层折射率时更加敏感。过程：输入光纤的光模式包括芯模和包层模，当到达LPG光栅处，发生芯模继续沿着光纤纤芯进行传输，而包层模发生渐逝场的延伸与周围介质直接接触，于是在终端接收处反映了周围介质的变化量，对应输出为多强度震荡。应用：直接用LPG可以实现折射率的测量、用于化学浓度的指示等。

（2）根据工作原理，（人们提出了应用不同光纤光栅来实现折射率的传感，并提出了许多种方法或手段来提高测量灵敏度，如腐蚀或侧面抛磨的FBG、LPG、闪耀光栅、多模光纤LPG、FBG构成的FFPI以及LPG构成的M-Z干涉仪等）（3）功能型（4）波长调制型下图为膜片反射式光纤压力传感器示意图，请分析说明（1）此传感器的工作原理和工作流程（2）属于功能型还是非功能型（3）此传感器的调制类型（4）此传感器可用于什么场合？答案：（1）利用弹性体的受压变形，将压力信号转换成位移信号，控制发射光纤（接收光纤）出射端（入射端）；产生相应的线位移或角位移，导致进入接收光纤的光束被切割，从而对光纤传输的光强进行调制。因此，只要设计好合理的弹性元件及结构，就可以实现压力的检测。光纤束的一端分成两束，其中一束为输入光源光纤，一束为接收光纤，在Y形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。可见，在一定范围内，膜片中心挠度与所加的压力呈线性关系。若利用Y形光纤束检测位移特性的线性区，则传感器的输出光功率亦与待测压力呈线性关系。（2）非功能型（3）光强调制型应用:一架飞行器为了监测压力、温度、振动、起落驾驶状态、超声波场和加速度情况，所需要的传感器超过100个。下图为线性调频半导体激光绝对干涉测距系统的结构示意图，请分析说明（1）工作流程（2）属于功能型还是非功能型（3）此传感器的调制类型（4）此传感器可用于什么场合？图系统结构示意图答案：（1）工作流程：LD发射光源，调频光经校准后射向1/8波片和测量反射镜M,从1/8波片前表面的反射光作参考光•从测量反射镜M反射的光作为测量光波。二光波各自经过不等路径产生相对延时，然后会合在一起产生干涉并形成光拍。光拍频率与二波光程差（1/8波片和反射镜M之间距离）d成正比。光拍信号由光电探测器件处理后，计算拍频周期数得到被测距离。该装置变为单频激光干涉仪，接助精密导