光纖式傳感器

光纖自上世紀(jì)60年代問世以來, 就被應(yīng)用于傳感領(lǐng)域。比較早的光纖傳感器仍是基于傳統(tǒng)的測量原理, 光纖只是用來傳輸遠(yuǎn)距離和難以接收到的信號(hào)。近年來, 隨著光通信技術(shù)的發(fā)展, 許多影響光通信質(zhì)量的因素得到研究, 大量新的光纖測量手段也不斷涌現(xiàn)。目前, 光纖傳感器正朝著微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

光纖傳感器有哪些特點(diǎn)

光纖傳感器具有許多優(yōu)異的性能:光纖中傳輸?shù)氖枪庑盘?hào), 完全不受電磁干擾的影響, 信號(hào)可以以較小的損耗傳輸很遠(yuǎn)的距離;光纖的材料石英玻璃是很好的絕緣體, 光纖傳感器的耐壓等級(jí)很高;光纖傳感器在測量現(xiàn)場不帶電信號(hào), 沒有產(chǎn)生電火花, 起火爆炸的危險(xiǎn)。光纖傳感器還具有體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn), 非常適合在各種惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高性能的參數(shù)測量。

光纖傳感器的基本工作原理

光纖傳感器是以光纖作為傳感材料, 外界信號(hào)按照其變化規(guī)律使光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ奈锢硖卣鲄⒘堪l(fā)生變化的傳感器。這些被調(diào)制的物理特征參量包括光的強(qiáng)度、頻率、波長、相位和偏振, 其中后四種物理特征參量的調(diào)制使得光纖傳感器對(duì)被測量十分敏感。

光纖傳感器由什么組成

一個(gè)完整的光纖傳感器系統(tǒng)包括光源、光纖、光纖器件、傳感元件、探測器和信號(hào)處理等部分。

1) 典型的光纖傳感器光源有發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器;白熾燈也可用于某些化學(xué)傳感器。

2) 光纖包括石英光纖、玻璃光纖和塑料光纖, 其中石英光纖和玻璃光纖主要用于紅外波段, 塑料光纖則主要用于可見光波段;在某些傳感器中還需要用專門研制的特殊光纖。

3) 光纖器件是為了使信號(hào)被限制在纖芯范圍內(nèi)傳輸, 或是為了改變光的某些參數(shù)使其更適合于測量的部件, 典型的光纖器件有光纖耦合器、濾波器、衰減器等, 在一些簡單的光纖傳感器中有時(shí)沒有光纖器件。

4) 傳感元件是根據(jù)被測信號(hào)來調(diào)制光纖傳輸光參數(shù)的部件, 它有時(shí)候是光纖本身, 如拉曼散射式光纖溫度傳感器;有時(shí)候是對(duì)光纖進(jìn)行特殊的處理, 使其對(duì)被測量敏感, 如光纖光柵傳感器;有時(shí)候是通過一些結(jié)構(gòu)將被測量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械形變來對(duì)光纖進(jìn)行調(diào)制, 如電致伸縮式電壓傳感器;還有的是通過外部的敏感元件來對(duì)傳輸光進(jìn)行調(diào)制, 如熒光式光纖溫度傳感器。

5) 探測器是用來對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測的器件, 一般包括光電二極管、光電三極管、光電池、光電雪崩二極管、光電倍增管等;由于現(xiàn)有的光電探測器只能檢測光強(qiáng)信號(hào), 有的傳感器中還需要使用專門的光路結(jié)構(gòu)來將光的頻率、波長、相位、偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)來進(jìn)行檢測。

6) 信號(hào)處理單元接收光電探測器輸出的電信號(hào), 將其還原為被測信號(hào), 并為傳感系統(tǒng)的后續(xù)控制電路提供接口。

光纖傳感器實(shí)際應(yīng)用

光纖傳感器可以測量許多參數(shù), 如位移、應(yīng)變、壓力、溫度、振動(dòng)、聲場、折射率、加速度、角速度、電壓、電流、氣體濃度等。光纖傳感器的測量原理也分許多種, 比較常見的有熒光測量原理、半導(dǎo)體測量原理、光纖光柵測量原理、F-P腔測量原理、光纖微彎測量原理等。