PZT型相位调制器1
光纤干涉式传感系统中PZT调制器的特性研究的开题报告
光纤干涉式传感系统中PZT调制器的特性研究的开题报告题目：光纤干涉式传感系统中PZT调制器的特性研究一、研究背景及意义随着科技的发展和现代产业的不断升级，对于高精度、高灵敏度、高可靠性的传感系统的需求越来越迫切。
光纤干涉技术是目前最为先进的传感技术之一，其能够通过测量光传输中的相位变化来实现非接触式测量，具有高精度、灵敏度高和响应快等优点。
在光纤干涉技术中，PZT （压电陶瓷）调制器是一种常见的光强调制方式，可以通过改变其电信号来控制光的相位，从而调制波长、频率和强度等参数，因此对PZT调制器的特性研究具有重要意义。
二、研究内容和目标1. 对PZT调制器的原理和特性进行分析研究；2. 设计并制造PZT调制器实验样品；3. 测量PZT调制器的光强调制特性，包括调制深度、线性度、带宽等；4. 探究PZT调制器工作温度、电极分布、极化强度对调制效果的影响；5. 将PZT调制器与光纤干涉技术相结合，实现对物理量的测量和数据采集。
三、研究方法本研究将采用实验和理论分析相结合的方法进行。
具体包括：1. 对PZT调制器的原理和特性进行理论分析研究，探究其光强调制的物理机制；2. 设计并制造PZT调制器实验样品，使用光学测试台进行测量；3. 通过对实验数据的分析和处理，研究PZT调制器的光强调制特性；4. 探究PZT调制器工作温度、电极分布、极化强度对调制效果的影响。
通过改变各项参数的值，对调制器进行优化和调整；5. 将PZT调制器与光纤干涉技术相结合，实现对物理量的测量和数据采集。
四、预期成果1. 对PZT调制器的光强调制特性进行了研究和分析，揭示了其调制深度、线性度、带宽等特性；2. 探究了PZT调制器工作温度、电极分布、极化强度对调制效果的影响；3. 实现了利用PZT调制器与光纤干涉技术相结合的传感系统，并成功应用于物理量的测量和数据采集；4. 发表相关学术论文2-3篇。
五、研究步骤及进度安排1. 前期文献查阅（1个月）；2. PZT调制器样品的设计与制造（1个月）；3. 光强调制特性测量与分析（2个月）；4. 研究PZT调制器工作环境和参数对调制效果的影响（1个月）；5. 设计并实现光纤干涉式传感系统（2个月）；6. 数据分析与论文撰写（2个月）。
相位生成载波(PGC)调制与解调讲解
相位生成载波（PGC ）调制与解调一、 PGC 调制干涉型光纤传感器的解调方法目前主要有：相位生成载波解调法、光路匹配差分干涉法、差分时延外差法。
由于相位生成载波解调信号有动态范围大、灵敏度高、线性度好、测相精度高等优点，是目前光纤传感干涉领域工程上较为实用的解调方法。
[1]相位生成载波的调制分为外调制和内调制。
外调制一般采用压电陶瓷（PZT ）作为相位调制器，假设调制信号频率为ω0 ，幅度为C ，调制信号可以表示为（1）式：0(t)cos(t)C φω= （1）则光纤干涉仪的输出的信号可表示为（2）式：00cos[(t)(t)]cos[cos(t)(t)]s s I A B A B C φφωφ=++=++ （2）式中，A 为直流量， B 为干涉信号幅度。
s (t)Dcos(t)(t)s φωψ=+，其中，ϕs (t) 不仅包含了待测信号D cos ωs t ，还包括了环境噪声引起的相位变化ψ(t)。
将（2）式按 Bessel 函数展开，得到（3）式[2]：k k 02k 02k 1010J (C)2(1)J (C)cos 2k t cos (t)2(1)J (C)cos(2k 1)t sin (t)s s k k I A B ωφωφ∞∞+==⎧⎫⎡⎤⎡⎤=++---+⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎩⎭∑∑ (3)二、 PGC 解调微分交叉相乘（differential and cross —multiply ，DCM ）算法和反正切算法是两种传统的 PGC 解调算法，此外,文献[1]中还介绍了三倍频DCM 算法，基频混频PGC 算法，基于反正切算法和基频混频算法的改进算法，反正切-微分自相乘算法（Arctan-DSM ）算法。
下面分别介绍DCM 算法和反正切算法。
2.1 微分交叉相乘（DCM ）算法 DCM 算法的原理图如图1所示：图1 DCM 算法原理图输入的干涉信号I 分别与基频信号10cos S G t ω=和二倍频信号20cos 2S H t ω=进行混频，再通过低通滤波器滤除高频成分，可以得到信号的正弦项（5）式和余弦项（6）式：1s (t)(C)sin (t)I BGJ φ=- （5） 2s Q(t)(C)cos (t)BHJ φ=- （6）I(t) 、Q(t) 含有外界干扰，还不能直接提取待测信号，再通过微分交叉相乘（DCM ）方法得到两个正交信号的平方项，利用sin 2ϕs + cos 2ϕs = 1消除正交量，得到微分量（7）式：212s '(C)J (C)'(t)V B GHJ φ= (7)经过积分运算再通过高通滤波器滤除缓慢变化的环境噪声， 最终得到的解调信号为得到（8）式：[]2212s 12s (C)J (C)(t)(C)J (C)Dcos(t)(t)V B GHJ B GHJ φωψ==+ （8）相位噪声项 ψ(t) 通常情况下为缓变信号，将V 通过高通滤波器滤除相位噪声，就可以得到待测信号，实现传感信号的解调（9）式。
pzt芯片震动原理 -回复
pzt芯片震动原理-回复PZT芯片，全称为铅锆钛(Pb(Zr,Ti)O3)芯片，是一种常用的压电材料。
它具有优秀的压电性能，可将电能转换为机械能或反之。
PZT芯片在许多领域都有广泛应用，其中之一是作为震动元件。
本文将详细介绍PZT芯片的震动原理，并逐步回答与之相关的问题。
首先，我们来介绍PZT芯片的结构和特性。
PZT芯片是一种陶瓷材料，具有高度的均匀性和化学稳定性。
它由铅、锆和钛的氧化物混合物组成，通过特殊的烧结工艺制成。
PZT芯片的特点主要体现在其压电性能上，即在受到外界电场的激励下，会发生形变，并产生相应的电荷。
同样地，在受到机械应力的作用下，PZT芯片会产生电荷。
这种双向的电-机耦合特性使得PZT芯片成为理想的震动元件。
接下来，我们来了解PZT芯片的震动原理。
PZT芯片的震动是通过施加交变电场实现的。
当施加一个交变电场时，PZT芯片会发生周期性的体积变化，这个过程叫做压电效应。
在正极电场作用下，PZT芯片会沿正压方向发生收缩，而在负极电场作用下，则会沿负压方向发生膨胀。
这种周期性的体积变化会引起PZT芯片的机械振动。
当施加的交变电场频率与PZT 芯片的固有频率相符时，芯片将处于共振状态，振动幅度达到最大。
然后，我们来回答一些与PZT芯片震动原理相关的问题。
1. PZT芯片的工作原理是什么？PZT芯片的工作原理是利用压电效应，即通过施加交变电场使其发生周期性的体积变化，从而引起机械振动。
2. PZT芯片的应用有哪些？PZT芯片的应用非常广泛，包括声音传感器、能量传输、振动降噪、医疗成像等领域。
3. PZT芯片的共振频率如何确定？PZT芯片的共振频率取决于其结构和尺寸，可以通过实验测量或计算得到。
4. PZT芯片能否通过改变交变电场的频率来改变振动幅度？是的，PZT芯片的振动幅度与交变电场的频率有关。
当频率和共振频率相等时，振动幅度最大。
5. PZT芯片的压电性能与其结构有关吗？是的，PZT芯片的结构对其压电性能有重要影响。
pzvt-30-sec 工作原理
pzvt-30-sec 工作原理1. 简介pzvt-30-sec 是一种新型的高效能源转换器，其工作原理基于脉冲电压调制技术。
本文将详细介绍 pzvt-30-sec 的工作原理，包括其基本结构、工作过程和优势特点。
2. 基本结构pzvt-30-sec 由输入端、输出端、开关管和控制电路组成。
输入端接受来自电源的直流电压，通过开关管的控制，将电压转换为脉冲电压，并传输到输出端。
控制电路负责监测输入电压和输出电压，以及控制开关管的导通和截止。
其基本结构如图所示。
3. 工作过程当输入电压进入 pzvt-30-sec 时，控制电路会实时监测输入电压的变化，并根据需要调节开关管的导通和截止。
当需要输出电压时，控制电路会使开关管导通，将输入电压转换为脉冲电压，并传输到输出端。
当不需要输出电压时，控制电路会使开关管截止，断开输入电压与输出端的连接。
这样就实现了输入端与输出端之间的高效能量转换。
4. 优势特点pzvt-30-sec 采用脉冲电压调制技术，具有诸多优势特点。
(1) 高效能源转换：脉冲电压调制技术能够实现高效的能源转换，将输入电压转换为脉冲电压并传输到输出端，大大提高了能源利用率。
(2) 稳定可靠：控制电路能够实时监测电压的变化，并根据需要调节开关管的导通和截止，保证了输出电压的稳定性和可靠性。
(3) 节能环保：高效的能源转换和稳定的输出电压，使得 pzvt-30-sec 在节能环保方面具有显著优势，符合现代社会对能源的要求。
5. 应用领域pzvt-30-sec 的工作原理决定了其在许多领域具有广泛的应用前景。
(1) 新能源领域：pzvt-30-sec 可以用于太阳能、风能等新能源的能源转换和储存，提高能源利用率。
(2) 电力电子领域：pzvt-30-sec 可以用于电力变换器、逆变器等电力电子设备，提高设备的能效。
(3) 工业自动化领域：pzvt-30-sec 可以用于工业控制系统、自动化设备等领域，提高设备的稳定性和可靠性。
关于PZT
压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波 器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电 光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。
压电陶瓷只在某一温度范围内具有压电效应，它有一临界温度 TC，当温
度高于 TC 时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度 TC 称为居里温度。 6 温度稳定性(TEMPERATURE STABILITY) 指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系
数或最大相对漂移二种方法。 7.电 学 品 质 因 素 Qe（ electrical quality factor ） 与 机 械 品 质 因 数 Qm
一，相关介绍 某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导 致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。具有这种性 能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。反之， 当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机 械变形，形变的大小与电场强度成正比。
二．PZT 的重要参数 1.压电应变常数 D(Piezoelectric Strain Constant)是压电体把机械能转变
为电能或把电能转变为机械能的转换系数。它反映压电材料弹性（机械）性能 与介电性能之间的耦合关系。 d33,d15,d31 ?
2.谐振频率 fr导纳频率 fn （minimum admittance frequency）、基频（fundamental frequency）、泛音 频率（fundamental frequency）
4. 智能材料与智能系统
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萨格纳克效应已经得到广泛的应用，由萨格 纳克效应研制出的光纤陀螺已成功地用于航空、 航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。
这一在惯性空间中,由 光敏感转动的效应称为 SAGNAC效应.光纤陀 螺工作原理框图如图1 所示.由光源发出的光, 经藕合器传输到Y一波 导调制器.Y一波导调制 器将其输入光分成顺时 针和逆时针传输的两束, 进人保偏光纤环圈,以 实现SAGNAC效应
II. 强度调制光纤传感器
遮光板遮断光路：温度，振动，加速度，位移 半导体透射率：温度 荧光辐射，黑体辐射：温度 光纤微弯损耗：振动，压力，加速度，位移 振动膜或液晶的反射：振动，压力，位移 气体分子吸收：气体浓度 光纤泄漏膜：液位
III. 频率调制光纤传感器 多普勒效应：速度，流速，振动，加速度 受激喇曼散射：气体浓度 光致发光：温度 IV. 颜色调制光纤传感器 热色效应：温度 黑体辐射：温度 吸收光谱：pH值 磷光光谱：温度
3．温度传感器 电阻式：陶瓷热敏电阻器(PTC,NTC,CTR) 金属电阻器(正的电阻温度系数) PN结式：温度敏晶体管 集成温度传感器 热电式：热电偶 辐射式：光学测温计 光电测温计
4．气体传感器
所利用的特性 实例 电 阻 型 非 电 阻 型 表面电阻 体电阻 SnO2 γ-Fe2O3 被检测的气体 可燃气体 乙醇，可燃气体
三．智能材料系统与结构的组成 母体材料 传感器 中央处理器 驱动器 通信网络
四．智能材料系统与结构的基本组元材料 感知材料 信息材料
执行材料 + + + + + 机敏材料
智能材料
五．智能材料的应用 １．航天航空飞行器 不同材料的连接处存在很大的应力集中， 采用智能系统可加以调节并将其分散转移 到别处； 座舱壁采用智能系统能减弱振动和噪音， 使飞机飞行更平稳； 在关键部件上安装智能部件，起“神经 系统”、“肌肉”、“大脑”作用，能感 觉即将出现的故障，并作自我修复。
PZT薄膜驱动的全光纤相位调制器数学模型
关键词： 全光纤源自位调制器 ； 频率 响应 ； Ｚ Ｐ Ｔ薄膜
维普资讯
第１卷 ５
第 ２期
光学 精密工程
Ｏｐ ｉｓ ａ ｄ Ｐ ｅ ｉｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｔ ｎ ｒ ｃｓｏ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｃ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ２ １１ ．
Ｆｅ ２０ ｂ． ０７
２０ ０ ７年 ２月
文章 编号
１ ０ —２Ｘ（ ０７ ０ —２００ ０ ４９ ４ ２ ０ ） ２０ ３ —７
瓷 薄 膜 侧 向压 电常 数 ｄ 相 位 调 制 效 率 的 影 响 ； 果表 明 ， 于 Ｐ Ｔ 压 电 陶 瓷 薄 膜 覆 膜 驱 动 的 全 光 纤 相 位 凋 制 器 ， ｓ对 结 对 Ｚ 这
种影 响是不能忽略 的， 由侧向压 电常数 ｄ 。引起 的相 位调制 相当于由压电常数 ｄ 引起 的相位调制 的 ｌ 。应用此 模型 ５
Ｗ Ｕ —ｅ ，Ｗ Ｕ ｕｊ Ｙａｌｉ Ｙｏ —ｉ ｎ，Ｚ ＨＵ ｏ ｇ ｙ ｎ Ｌ ｎ ａ ｇ，ＩＩ Ｆ ｎ Ｕ ａ ｇ。ＣＨＵ ｉ— ｕ Ｊａｒ
（ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ Ｐｒｃｓ ｎＭａｈ ｎ ｒ ｎ ｅｉｉｎＩ ｓ ｕ ｎａｉｎ， Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｅｉ ｏ ｃ ｉｅｙａ ｄ Ｐｒｃ ｏ ｎｔ ｍｅｔｔ ｏ ｉ ｓ ｒ ｏ Ｕｎｖｒｉ ｆ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙｏ ｈ ｎ ｉｅｓ ｙ ｏ ｃｅｃ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ Ｃ ｉａ，Ｈｅ ｅ ２ ０ ２ ， ｈｎ ） ｔ ａ ｆ ｉ ３ ０ ７ Ｃ ｉａ
一种高性能直波导型电光相位调制器及其制备方法[发明专利]
![一种高性能直波导型电光相位调制器及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/afc2e73a76a20029bc642d29.png)
专利名称：一种高性能直波导型电光相位调制器及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：徐卓,赵烨,符小湉,庄永勇,魏晓勇,王三红,陈兵,李振荣
申请号：CN201710414043.8
申请日：20170605
公开号：CN107219646A
公开日：
20170929
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种高性能直波导型电光相位调制器及其制备方法，电光调制器具有平板电容型结构，包括相当于介质层的单晶与单晶上下表面的电极层。
单晶为二元
(1‑x)Pb(MgNb)O‑xPbTiO体系或三元(1‑x‑y)Pb(InNb)O‑xPb(MgNb)O‑yPbTiO体系。
直波导型电光相位调制器是利用铁电体的畴转向和双折射率之差，通过加在共面电极上的预制电场诱发畴转向，在局部区间产生了高达3％的折射率变化，有效构造了一种结构简单，易于加工制造的光波导结构。
本发明具有极低的半波电压、低的插入损耗、高的带宽和优异的相位调制能力。
将铁电性和强光学非线性结合，可设计多种光信息转换器件，实现光子偏振态的有效控制，微弱信号的检测以及相控阵信号的生成与控制，适用于量子保密通信技术及微波光子学雷达技术领域。
申请人：西安交通大学
地址：710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
国籍：CN
代理机构：西安通大专利代理有限责任公司
代理人：齐书田
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OPE A K ®
PZT-LSM 型相位调制器是一款光纤缠绕在压电陶瓷（PZT ）
上，利用PZT 压电效应所构成的相位调制器件，采用独特的多层缠绕方法，使得该产品具有高稳定性、高速调制特性，可选配多种类型光纤（见订购信息），可应用于开环相位调制解调、可变光纤延迟线、光纤干涉仪、＆
OTDR 、光纤震动校准等光学传感领域。
该模块外形紧凑小巧，方便客户进行系统集成。
低的电压驱动能力，适用于标准信号源驱动能力。
☑ 极小封装尺寸。
☑ 多种光纤类型可选（SM/PM ）。
☑ 高速调制速率。
☑ 低电压驱动能力。
☑ 独特缠绕方式。
应用领域
∙ 光学（光纤）干涉仪 ∙ 相位调制器 ∙ 光纤延迟线 ∙ ＆OTDR ∙ 光纤传感
测试图谱
性能参数
最小值 典型值 最大值 备 注
1注：插入损耗在单模时含连接器损耗，保偏时不含连接器损耗。
性能指标
图1搭建等臂长马赫曾德干涉仪测试图谱
测试数据
图2 驱动频率29KHz 时，驱动电压与光纤膨胀量
订购参数
ESD Protection
The laser diodes and photodiodes in the module can
be easily destroyed by electrostatic discharge. Use
wrist straps, grounded work surfaces, and anti-static
techniques when operating this module. When not in
use, the module shall be kept in a static-free
environment.
Laser Safety
The module contains class 3B laser source per
CDRH, 21CFR 1040.10 Laser Safety requirements.
The module is Class IIIb laser products per IEC
60825-1:1993.
外形尺寸。