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、偏正態等)發生變化稱為被調制的信號光在經過光纖送入光探測器經解調后獲得被測參數。
近年來傳感器在朝著靈敏、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：抗電磁干擾和原子輻射的性能徑細、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。
優點：
一。靈敏度較高;
二。幾何形狀具有多方面的適應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、旋轉等)的器件;
四。可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環境;
五。而且具有與光纖遙測技術的內在相容性。
光纖傳感器應用：絕緣子污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。
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, 被測量對光纖內傳輸的光進行調制, 使傳輸的光的強度、相位、頻率或偏振態等特性發生變化, 再通過對被調制過的信號進行解調, 從而得出被測信號。
光纖在其中不僅是導光媒質而且也是敏感元件光在光纖內受被測量調制，測振儀多采用多模光纖。
優點：結構緊湊、靈敏度高。
缺點：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常采用單模光纖。
光纖在其中僅起導光作用光照在光纖型敏感元件上受被測量調制。
優點：無需特殊光纖及其他特殊技術;比較容易實現成本低。
缺點：靈敏度較低。
實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的新技術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有測量技術難以完成的測量任務。在狹小的空間里在強電磁干擾和高電壓的環境里光纖傳感器都顯示出了獨特的能力。目前光纖傳感器已經有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傳輸的光在振幅、相位、頻率、偏振等方面發生變化。測量臂傳輸的光與參考臂的參考光互相干涉(比較)使輸出的光的相位(或振幅)發生變化根據這個變化就可檢測出被測量的變化。光纖中傳輸的相位受外界影響的靈敏度很高利用干涉技術能夠檢測出10的負4次方弧度的微小相位變化所對應的物理量。利用光纖的繞性和低損耗，溶解氧測定儀能夠將很長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。當光纖受到一點很微小的外力作用時就會產生微彎曲而其傳光能力發生很大的變化。聲音是一種機械波它對光纖的作用就是使光纖受力并產生彎曲通過彎曲就能夠得到聲音的強弱。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、艦船、導彈等的高性能慣性導航系統。
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