振动光纤延长器工作原理及应用简介

摘要：

一、振动光纤的物理特性

1、振动光纤是一种光学器件，由一根非常细的光纤构成。其直径一般在5-50微米之间，长度则可达几千米以上。振动光纤的纤芯由高折射率材料包围，而外层包覆一层低折射率材料。在传输光信号时，信号光被导入纤芯中，而周围的空气则被压缩在外围的低折射率层中。

2、振动光纤的物理特性是基于光纤本身的机械特性，这种特性可被用作信号传输、温度测量甚至是机械振动测量的传感器。当振动光纤发生扭曲、拉伸、弯曲或振动时，其纤芯内的光路径也随之发生改变，因而改变其相位。通过分析相位差的变化，可以得到振动光纤的运动状态。

3、振动光纤的灵敏度非常高，对微小振动或扭曲都能有很好的响应。同时，由于振动光纤自身是非金属构造，因此其重量轻、可靠性高、抗干扰性强等特点，也为其应用带来了很大的优势。

二、振动光纤的光学原理

1、振动光纤延长器基于Sagnac效应，利用光在旋转光学器件中所采取的环形路径的相位差来实现绝对旋转速度测量。在振动光纤中，光线依次经过分束器、振动光纤、分束器和光电探测器，形成环形路径。

2、在不旋转系统时，光线依次穿过分束器、光纤、分束器，其相位差为零。但是，如果系统发生了旋转，那么光线将沿着不同的路径经过振动光纤，形成相位差。通过测量相位差的变化，就可以获得振动光纤所受到的旋转角速度。

3、由于振动光纤的物理特性及光学原理，可以将其应用于惯性导航系统、地震测量、天文学等领域。它比传统的旋转传感器具有更高的精度和更高的可靠性。

三、振动光纤延长器的信号处理

1、振动光纤延长器的信号处理通常包括两个步骤：纤芯中的光路相对移位检测和测量系统的信号处理。信号处理系统通常使用采样速率相对较高的模数转换器(A/D converter)来获取振动光纤产生的信号，然后将其转化成数字信号。

2、接下来，必须对数字信号进行上限、下限和峰值检测，以滤除噪声干扰。然后，信号必须归一化以消除由于温度变化引起的偏移量，并对相对移位进行测量和校准。

3、最后，通过对信号进行滤波和降噪处理，可以获得系统的绝对位置和角度信息。振动光纤延长器的信号处理是非常重要的一环，直接关系到延长器的精度和可靠性。

四、振动光纤延长器的应用领域

1、振动光纤延长器广泛应用于惯性导航系统，航空航天、海底勘探等领域中。利用其高精度和高可靠性，精准地测量航船、飞机等的方向和速度，并为导航、控制和传输提供支持。

2、振动光纤延长器也可以应用于地震测量领域。由于其高灵敏度和高稳定性，可以检测地球的微弱振动，为地震学家提供地下构造及地震前兆的研究。

3、振动光纤延长器还可以应用于天文学领域，用于天体观测，例如卫星自转速度和空间朝向的测量，为星际导航和空间测绘提供支持。

五、总结

本文介绍了振动光纤延长器的工作原理及其应用简介。首先，介绍了振动光纤的物理特性。其次，介绍了振动光纤的光学原理和信号处理方法。进而，介绍了振动光纤延长器在惯性导航、地震测量、天文学等领域的应用。综上所述，振动光纤延长器具有高精度、高可靠性、高灵敏度和高稳定性等优点，将在更广泛的领域中得到应用。