Схемы измерения фазового сдвига

Такой схемой является схема свето дальномера. Она имеет следующий вид:

В схему входит генератор 1 гармонических, электрических колебаний. Полупроводниковый лазер Л, фотоприёмник ФП, и фазометр. Излучение лазера, модулированное по амплитуде, распространяется до уголкового отражателя УО установленного на расстоянии D_x от дальномера. Отражённое излучение возвращается к фотоприёмнику. Время распространения излучения лазера до отражателя и обратно можно записать как t=2D_xn/C, где n – показатель преломления среды, С – скорость света. За это время фаза напряжения изменится на величину:

Сдвиг фазы измеряется с помощью фазометра. Порог чувствительности в современных частотных фазометров находится около 0,1 градуса, что при частоте модуляции f₀=10мегаГерц, D_min=4 миллиметров. Стабильность результатов измерения определяется стабильностью частоты модуляции и постоянством условий на пути светового потока.

Для измерения микро перемещений широко применяется интерферометр Майкельсона. Схема которого имеет следующий вид:

В интерферометре Майкельсона для измерения фазового сдвига оптических колебаний использована преобразование на основе явления интерференции (взаимодействие двух или нескольких волн в результате в одних точках амплитуда увеличивается, а в других точках уменьшается). Интерферометр включает в себя лазер 1, делитель света 2, зеркало 3 и 4, фотоприёмник 5. Пучок света Ф₀ проходит через свето делитель 2 и разделяется на два пучка Ф₁ и Ф₂, которые отразившись от зеркал вновь попадают на свето делитель 2, где объединяются и интерферируют. Полученная в результате интерференции картина преобразуются фотоприёмником в электрический сигнал. Разность фаз (фи) зависит от разности фаз длин оптического пути и длины волны (лямбда) излучения и записывается так:

Пусть под действием измеряемой величины зеркало 3 переместилось на расстояние l_x от исходного положения(l₀=l₁=l₂). В этом случае фаза изменится на величину:

Таким образом считая число экстремумов функции U=0,5U₀[1+cos(2пи l_x/(лямбда))] и зная длину волны лямбда можно измерить перемещение l_x.

Для измерения механических напряжений используются явление фотоупругости. Примером схемного решения на упомянутом явлении служит пьезооптический преобразователь:

Первоначально изотропный упругий чувствительный элемент в виде прямоугольной прозрачной призмы 3 находится в условиях одноосного напряжённого состояния под действием силы F_x. Пучок света от источника 1 поляризуется с помощью поляроида 2 в плоскости наклонённой под углом 45 градусов к направлению главной деформации, которая в данном случае совпадает с направлением действия силы F_x. Поляризованные лучи А и Б проходят через упругий элемент 3 и фазовую пластинку 4 на анализаторы 5А и 5Б. Один из которых скрещён с поляроидом 2, а второй параллелен ему. После анализаторов лучи А и Б попадают соответственно на фотоприёмники 6А и 6Б. Интенсивность света попадающего на фотоприёмник 6А определяется выражением: Интенсивность света на фотоприёмники 6Б:

Зависимость разности хода дельта от деформации эпсилон определяется как:

Выходное напряжение диагонали моста, в которой включены фотоприёмники пропорционально разности их освещённостей. И таким образом: