Волоконно-оптические датчики
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
сь луч поляризован в направлении ?/4, когда наблюдатель, стоя лицом к оптическому источнику, видит луч. Если ?=?, тогда
eT=(?=?)=A(x-y) (5.9)
т.е. свет поляризован в направлении - ?/4.
Если выполнить мгновенный снимок электрического поля (t = 0), можно увидеть, что поля в уравнениях (5.8) и (5.9) изменяются в зависимости от положения на оси z, как компонента cos kz, входящая в А. Если, с другой стороны, выбрана определенная точка на оси z, изменения в этой точке будут пропорциональны cos?t. Оба этих случая представляют собой линейную поляризацию.
Теперь рассмотрим случай ?=2?/2, или четвертьволновое запаздывание. В этом случае сумма векторов ет становится равной
ET=a(x cos(?t-kz)-ysin(?t-kz)) (5.10)
При t = 0 вектор поля остается постоянным по величине, но вращается вокруг оси z при изменении положения z. Аналогично, при z = 0 полученный вектор вращается вокруг оси z с течением времени. Этот тип поляризации называется круговой поляризацией, поскольку конец вектора поля описывает окружность. Величина запаздывания ?/2 создает левую круговую поляризацию; т. е. для наблюдателя, смотрящего прямо на источник, вектор поля вращается влево, против часовой стрелки. При ?=-?/2 вектор поля вращается по часовой стрелке, что определяет правую круговую поляризацию.
Для величин ?, не равных m?/2, где m - целое, конец вектора электрического поля описывает эллипс, и, следовательно, этот тип поляризации называется эллиптической поляризацией. Она может быть левой или правой эллиптической, как и в случае круговой поляризации.
Обобщенное выражение для суммарного поля с произвольным запаздыванием определяется как
eT=a(xe-i(?t-kz)-ye-i(?t-kz+?)) (5.11)
Это тем не менее весьма редкий случай для измеряемого вектора поля. Обычно измеряется оптическая мощность, переносимая при конкретной поляризации. Чтобы вычислить получаемую оптическую мощность как функцию оси пропускания поляризатора (угол ? относительно оси х), следует вычислить квадрат скалярного произведения единичного вектора в направлении ? и вектора поля
I=¦(x cos?+y sin?)eT¦2 (5.12)
Объединяя уравнения получаем
I=a2(1+ sin2? cos?) (5.13)
Графики оптической энергии прошедшего излучения I, при различных ориентациях оси пропускания поляризатора и запаздываниях приведены на рисунке 9, причем угол полярных координат соответствует в и полярный радиус соответствует I.
Рисунок -9 Интенсивность света в зависимости от угла для нескольких различных состояний поляризации
6. Волоконно-оптические датчики на основе интерферометра Саньяка и пассивного кольцевого резонатора
Интерферометры Саньяка и пассивные кольцевые резонаторы можно использовать для определения широкого диапазона параметров окружающей среды[4-7]. Волоконно-оптические гироскопы, построенные на этих принципах, открывают широкую перспективу для всех твердотельных компактных инерциальных измерительных устройств в навигационных приложениях, о которых несколько лет назад можно было только мечтать. Применение подобных датчиков выходит за пределы измерения вращения; их уникальные преимущества открывают перспективу широкого использования в измерениях акустических, магнитного поля, температурных, ускорения и механических напряжений. Эти устройства могут также найти применение в исследовании характеристик источников света и оптических волокон.
.1 Краткий обзор оптических датчиков вращения и эффекта Саньяка
Оптические датчики вращения стали причиной существенного прогресса, заменяя общепринятые механические датчики вращения, основанные на принципе инерции вращающихся масс. В инерциальных системах наведения традиционно используются два основных класса существующих датчиков вращения: (1) скоростной прецессионный гироскоп, скорость вращения которого пропорциональна выходному сигналу (напряжению или частоте); и (2) скоростной интегрирующий гироскоп, выход которого определяется углом поворота. Качество датчика вращения определяется несколькими параметрами, перечисленными в таблице 3. К наиболее важным параметрам смещения относятся постоянное смещение, дрейф смещения и чувствительность, или порог. Постоянное смещение определяется как выходной сигнал датчика вращения при нулевой скорости на входе. Если этот параметр смещения в действительности постоянен, постоянное смещение для датчика вращения можно откалибровать без снижения производительности прибора.Более серьезную систематическую ошибку вносит дрейф смещения. В этом случае выходной сигнал датчика вращения случайным образом изменяется со временем. Подобные проявления часто связаны с параметрами внешней среды, такими как температура и давление, но могут также быть обусловлены старением или другими изменениями в самом датчике вращения.
.2 Основные характеристики датчика вращения
Таблица-3 Определение характеристик
Характеристики смещенияФиксированное смещениеВыходная скорость вращения датчика вращения, не равная нулю при нулевой входной скоростиДрейф смещенияИзменение выходной скорости вращения датчика во времени, обусловленное такими эффектами, как изменение температуры, магнитных полей, старение и износ компонентовЧувствительность (порог)Минимальная измеряемая скорость вращения для данного времени интегрированияМасштабный коэффициентЛинейностьМера независимости выходного сигнала от направления вращенияГисте?/p>