Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции_Волс 16-5 2014.doc
Скачиваний:
355
Добавлен:
01.06.2015
Размер:
20.64 Mб
Скачать

9.3. Вод фазовой модуляции.

9.3.1. ВОД фазовой модуляции (ФМ) являются наиболее чувствительными. В общем случае изменение фазы = L, обусловленное внешним воздействием на ВС, складывается из изменения коэффициента фазы  и изменения его длины L

~LL (9.4)

В свою очередь  зависит от n=n1n2 и диаметра сердцевины 2,а, т.е.

=n/n+a/a. (9.5)

Иногда, кроме этого, под действием механического напряжения происходит изменение коэффициента преломления, но основной вклад определяет L.

ВОД ФМ строятся по одной из следующих схем: 1на основе гомодинного или гетеродинного интерферометра МахаЦандера; 2на основе межмодового интерферометра; 3на основе одноволоконного интерферометра Саньяка с двунаправленной оптической связью. Известно использование и других схем интерферометра.

Наиболее часто используются интерферометр Маха-Цандера, в котором фотодетектор регистрирует мощность сигнала

. (9.6)

Функция Рвых() практически линейна вблизи = /2. Это одно из основных условий работы гомодинных ВОД. От этого ограничения свободны гетеродинные ВОД, в которых для гетеродинирования используется брэгговский АОМ в одном из плеч интерферометра и регистрируется разностная частота. Рассмотрим несколько примеров.

9.3.2. Гомодинный ВОД-акселерометр (ВОД ускорений и вибраций) имеет два канала BС, один из которых является эталонным–1, а другой–2 закреплён в двух точках на станине–3 и имеет закреплённый грузик–4 массой m (рис. 9.6,а). На входе и выходе используются два разветвителя–5. Под действием ускорения aу=F/m груз растягивает BС-2, что и вызывает . Максимальная рабочая частота определяется низшей частотой механического резонанса, причем, чем ниже частота механического резонанса, тем выше чувствительность.

Для компенсации температурных воздействий грузик закрепляется на обоих каналах 1 и 2, находящихся при одинаковой температуре. В этом случае воздействие ускорения вызывает растяжение одного канала и сжатие другого, что приводит к увеличению чувствительности (рис. 9.6,б). При массе грузика m=0,4 г, L=1,6 см регистрируется ускорение ay0,510-6 g в диапазоне частот вибраций F=(30200) Гц.

Рис. 9.6. ВОД фазовой модуляции

Для увеличения чувствительности BС в измерительном плече интерферометра наматывается на упругий резиновый цилиндр–6 (рис. 9.6,в), а груз –4 приклеен к резиновому цилиндру. Под действием ускорения груз сжимает цилиндр, диаметр которого при этом увеличивается и растягивает BС. При m=660 г ВОД регистрирует ау=10-9 g в диапазоне частот F=(0,0110) кГц.

9.3.3. Если ВС намотан на магнитострикционный материал, например, никель, или если нанести плёнку никеля на ВС, то получим датчик магнитного поля. Возможно также использование датчика температуры (за счёт изменения L) или электрического поля (изменение n за счёт электрооптического эффекта).

На таком же принципе создаются гидрофоны (ВОД давления), в которых измерительное плечо интерферометра представляет собой ВС длиной несколько метров. Под действием давления изменяется n и анизотропные свойства ВС. Такой гидрофон регистрирует акустические частоты F=(0,1100)кГц. Чувствительность таких гидрофонов намного выше пьезоэлектрических.

ВОД интерферометрического типа не обязательно должен иметь 2 плеча. Возможно применение одного ВС, например в двух модовом режиме. В этом случае используется межмодовая интерференция. Внешнее воздействие по разному влияет на разные моды. Достоинствами таких ВОД являются их простота и то, что обе моды находятся в одной среде при одной температуре и давлении. Недостатком является необходимость устранения паразитной чувствительности к не измеряемому воздействию.