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光纖傳感器的基本工作原理
2016-06-01
光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化稱為被調(diào)制的信號(hào)光在經(jīng)過光纖送入光探測器經(jīng)解調(diào)后獲得被測參數(shù)。
近年來傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū))或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū))起到人的耳目的作用而且還能超越人的生理界限接收人的感官所感受不到的外界信息。
優(yōu)點(diǎn)：
一。靈敏度較高;
二。幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性可以制成任意形狀的光纖傳感器;
三。可以制造傳感各種不同物理信息(聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等)的器件;
四?？梢杂糜诟邏?、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境;
五。而且具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性。
光纖傳感器應(yīng)用：絕緣子污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應(yīng)變等物理量的測量。
光纖傳感器可以分為兩大類：一類是功能型(傳感型)傳感器; 另一類是非功能型(傳光型)傳感器。
一、功能型傳感器
功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件, 被測量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制, 使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化, 再通過對(duì)被調(diào)制過的信號(hào)進(jìn)行解調(diào), 從而得出被測信號(hào)。
光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì)而且也是敏感元件光在光纖內(nèi)受被測量調(diào)制，測振儀多采用多模光纖。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。
缺點(diǎn)：須用特殊光纖成本高，煙氣分析儀
典型例子：光纖陀螺、光纖水聽器等
二、非功能型傳感器
非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化, 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)常采用單模光纖。
光纖在其中僅起導(dǎo)光作用光照在光纖型敏感元件上受被測量調(diào)制。
優(yōu)點(diǎn)：無需特殊光纖及其他特殊技術(shù);比較容易實(shí)現(xiàn)成本低。
缺點(diǎn)：靈敏度較低。
實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。
光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)可以用來測量多種物理量比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等還可以完成現(xiàn)有測量技術(shù)難以完成的測量任務(wù)。在狹小的空間里在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里光纖傳感器都顯示出了獨(dú)特的能力。目前光纖傳感器已經(jīng)有70多種大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。
所謂光纖自身的傳感器就是光纖自身直接接收外界的被測量。外接的被測量物理量能夠引起測量臂的長度、折射率、直徑的變化從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹?、相位、頻率、偏振等方面發(fā)生變化。測量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉(比較)使輸出的光的相位(或振幅)發(fā)生變化根據(jù)這個(gè)變化就可檢測出被測量的變化。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高利用干涉技術(shù)能夠檢測出10的負(fù)4次方弧度的微小相位變化所對(duì)應(yīng)的物理量。利用光纖的繞性和低損耗，溶解氧測定儀能夠?qū)⒑荛L的光纖盤成直徑很小的光纖圈以增加利用長度獲得更高的靈敏度。
光纖聲傳感器就是一種利用光纖自身的傳感器。當(dāng)光纖受到一點(diǎn)很微小的外力作用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生微彎曲而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是一種機(jī)械波它對(duì)光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲通過彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種與激光陀螺相比光纖陀螺靈敏度高體積小成本低可以用于飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等的高性能慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
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