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本文介绍了基于Sagnac干涉仪的新型波长解调光纤传感器。众所周知,Mach-Zehnder干涉仪经常被用来制作传感器使用。这种传感器具有高灵敏性的特点,但是其非常容易被外界的因素所干扰。基于这个缺点,我们想用Sagnac干涉仪代替Mach-Zehnder干涉仪。Sagnac干涉仪最大的特点就是两束光分别沿方向相反的闭合光路传播,这就使得光波始终处在相同的环境中,这样就能很好的屏蔽外界环境对光路的影响,我们称这一特性叫做互易性。这个特性使其能够消除在使用M-Z等干涉仪测量时,由于环境温度所造成的不稳定因素的影响。因而,将光纤Sagnac干涉型传感器设计用于对外界振动源的测量时,能够克服M-Z的不稳定性。Sagnac干涉仪具有抗干扰性能强的优点,能够将环境中的干扰信号相互抵消,但也正是这一优点的存在,在信号相互抵消的过程中需要传感的信号也被抵消了,使得Sagnac干涉仪不能作为传感器来使用。为了结合Sagnac干涉仪和M-Z干涉仪的优点,我们在Sagnac干涉仪原有的基础上添加了两个重要的装置:一个是相位压缩装置,另一个是双折射光纤。
相位压缩装置是在系统中添加一个相位调制器(这里用PZT来实现)和一段延时光纤。通过推导计算,不难发现这个系统能够很好的压缩相位,大大扩展了测量的范围,使相位和传感量之间形成线形关系,扩展了Sagnac干涉仪的使用范围。将双折射光纤接入系统中,两束光波将被分解成两个正交的偏振光,即e光和o光。最终e光和o光将有一个相位差△φ。正是因为具备了这个相位差,使得Sagnac干涉仪可以作为一个传感器使用了。
在数据处理部分,本文主要介绍了基于CA3130的放大电路,基于ADC0809的模数转换和伟福S51单片机-P87C52(Philips)单片机的原理和应用。电路部分的作用是把光路输出信号转换为电压信号并放大和量化,测量有用值,利用推导得的公式,分析计算出波长,实现了对波长的解调,达到传感目的。
在文章的最后部分,我们又介绍了一种新型的波长解调技术——计数波长解调。通过对计数解调的理论分析和实验研究,我们选用了三段不同长度的高双折射光纤进行实验。其长度分别为0.02m、0.1m和30m组成的Sagnac干涉仪系统。通过分析,导出了光透过率与光波长的关系式,得出光透过率随波长变化的频率大体不变,且光透过率变化的频率与高双折射光纤的长度近似成正比的结论。这种技术是通过记录透过率变化的周期数,来判断波长的变化量,从而推出待测物理量的微小变化。