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淺談光纖在傳感器技術領域的應用及工作原理

2018-04-08

  光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光信號經過光纖送入調制器,使待測參數與進入調制區的光相互作用后,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等)發生變化,成為被調制的信號源,在經過光纖送入光探測器,經解調后,獲得被測參數。

  傳感器在朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發展。在這一過程中,光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優異的性能,例如:具有抗電磁和原子輻射干擾的性能,徑細、質軟、重量輕的機械性能;絕緣、無感應的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等,它能夠在人達不到的地方(如高溫區),或者對人有害的地區(如核輻射區),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。

  光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器,使待測參數與進入調制區的光相互作用后,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等)發生變化,稱為被調制的信號光,再利用被測量對光的傳輸特性施加的影響,完成測量。

  光纖傳感器的測量原理有兩種:

  一、物性型光纖傳感器原理,物性型光纖傳感器是利用光纖對環境變化的敏感性,將輸入物理量變換為調制的光信號。其工作原理基于光纖的光調制效應,即光纖在外界環境因素,如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時,其傳光特性,如相位與光強,會發生變化的現象。

  因此,如果能測出通過光纖的光相位、光強變化,就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點光源光束擴散為平行波,經分光器分為兩路,一為基準光路,另一為測量光路。外界參數(溫度、壓力、振動等)引起光纖長度的變化和相位的光相位變化,從而產生不同數量的干涉條紋,對它的模向移動進行計數,就可測量溫度或壓等。

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  二、結構型光纖傳感器原理,結構型光纖傳感器是由光檢測元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統。其中光纖僅作為光的傳播媒質,所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。

  光纖傳感器的應用非常的廣,著名傳感器線上商城工采網就從加拿大進口了適用于難以抵達的位置和危險環境如含易爆物質中的測量的光纖位移傳感器 - FOD,針對醫療應用內置安全設備且精度高,且具備較高的精確度和良好的可靠性的醫用光纖溫度傳感器 - FOT-M,針對土木工程應用,如水壩、橋梁、隧道和其他結構的監控的光纖應變傳感器 - SFO-W。

  光纖具有很多優異的性能,例如:具有抗電磁和原子輻射干擾的性能,徑細、質軟、重量輕的機械性能;絕緣、無感應的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等,它能夠在人達不到的地方,或者對人有害的地區(如核輻射區),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。

  光纖傳感器的特點:

  1. 因反射體中使用了棱鏡,所以與通用的反射型光控傳感器器相比,其檢測性能更高、更可靠。

  2. 與分離式光控傳感器相比,電路連接更簡單容易。

  3. 子母扣嵌入式的設計,安裝更為簡單。

  光纖傳感器的優點是與傳統的各類傳感器相比,光纖傳感器用光作為敏感信息的載體,用光纖作為傳遞敏感信息的媒質,具有光纖及光學測量的特點,有一系列獨特的優點。電絕緣性能好,抗電磁干擾能力強,非侵入性,高靈敏度,容易實現對被測信號的遠距離監控,耐腐蝕,防爆,光路有可撓曲性,便于與計算機聯接。

  傳感器朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發展,它能夠在人達不到的地方(如高溫區或者對人有害的地區,如核輻射區),起到人的耳目作用,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。


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