近年來,
傳感器朝著靈敏、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)或者對人有害的地區(qū),如核輻射區(qū)),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。
?4_;9MkN \iFE,z 基本工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域
~$`b{ hf[K\aAk 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)。
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k 4?Io@[7A) 光纖傳感器的應(yīng)用于對磁、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。光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣,幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)和國防上所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活,尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用,解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術(shù)難題,具有很大的市場需求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面的應(yīng)用:
]#nAld1cmy Po5}Vh 1.城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應(yīng)用。光纖傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中,用于測試應(yīng)力松馳、施工應(yīng)力和動荷載應(yīng)力,從而評估橋梁短期施工階段和長期營運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。
,Gfnf%H\8> x{rt\OT 2.在電力
系統(tǒng),需要測定溫度、電流等參數(shù),如對高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測等,由于電類傳感器易受電磁場的干擾,無法在這類場合中使用,只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展起來的一種用于實(shí)時測量空間溫度場分布的高新技術(shù),分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普遍光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn),還具有對光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布傳感能力,利用這種特點(diǎn)我們可以連續(xù)實(shí)時測量光纖沿線幾公里內(nèi)各點(diǎn)溫度,定位
精度可達(dá)米的量級,測量精度可達(dá)1度的水平,非常適用大范圍交點(diǎn)測溫的應(yīng)用場合。
X*T9`]l6 *;Vq0a! 光纖傳感器的分類
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N 光纖傳感器可分兩大類:一類是功能型(傳感型)傳感器;另一類是非功能性(傳光型)傳感器。
#r1x0s40D rP'oUV_ 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,現(xiàn)通過被調(diào)制走的傳導(dǎo)進(jìn)行解調(diào),從而得出被測信號。
bnlL-]]9z `F)Iv:;y, 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)被測量調(diào)制,多采用多模光纖。
IAfYlS#<yD |:\h3M 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊,靈敏度度。缺點(diǎn):須用特殊光纖,成本高。典型例子:光纖陀螺、光纖水聽 器等。
hm&~6rB .}tL:^'~o 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被測量調(diào)制。
Z5\6ca "-a>Uj")% 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
8)i\d` ?mV[TM{p 目前光纖傳感器已經(jīng)有70多種,光纖聲傳感器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,就會產(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)彈等的高性能慣性民航系統(tǒng)。
]SQ_*$` T/H*Bo*=5 熒光光纖傳感器
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