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光纖傳感器是什么,有哪些分類和用途?

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  光纖傳感器是什么,有哪些分類和用途?

  所謂光纖本身的光纖傳感器,就是光纖本身直接接受外界的測量。外部測量的物理量會導致測量臂的長度、折射率和直徑發(fā)生變化,從而使光纖中傳輸?shù)墓庠谡穹?、相位、頻率和偏振方面發(fā)生變化。測量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光相互干擾(比較),使輸出光的相位(或振幅)發(fā)生變化。根據這一變化,可以檢測到測量的變化。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高。干擾技術可以檢測到10負4次方弧度微小相位變化對應的物理量。利用光纖的繞組和低損耗,長光纖可以盤成直徑很小的光纖圈,從而增加利用長度,獲得更高的靈敏度。

  光纖傳感器是一種利用光纖本身的傳感器。當光纖受到一點小的外力時,它會產生輕微的彎曲,其傳光能力會發(fā)生很大的變化。聲音是一種機械波,它對光纖的作用是使光纖受力和彎曲,通過彎曲可以得到聲音的強度。光纖陀螺也是光纖本身的一種傳感器。與激光陀螺相比,光纖陀螺具有靈敏度高、體積小、成本低等優(yōu)點,可用于飛機、船舶等高性能慣性導航系統(tǒng)。

  另一種主要類型的光纖傳感器是使用光纖的傳感器。其結構大致如下:傳感器位于光纖端部,光纖只是光的傳輸線,將測量的物理量轉換為光的振幅、相位或振幅的變化。在這個傳感器系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的傳感器與光纖相結合。光纖的引入為探針遙測提供了可能性。這種光纖傳感器應用廣泛,使用方便,但精度略低于第一種傳感器。

  光纖傳感器正朝著敏感、準確、適應性強、體積小、智能化的方向發(fā)展。在這個過程中,傳感器家族的新成員光纖傳感器備受青睞。光纖具有許多優(yōu)異的性能,如:抗電磁干擾和原子輻射性能、機械性能細、質軟、重量輕、絕緣、無感應電氣性能、耐水、耐高溫、耐腐蝕化學性能等,可在人無法到達的地方(如高溫區(qū))或對人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū))發(fā)揮耳目的作用,也可以超越人的感官界限,接收人的感官無法感受到的外部信息。光纖傳感器是近年來出現(xiàn)的一項新技術,可用于測量聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等各種物理量,也可以完成現(xiàn)有測量技術難以完成的測量任務。在狹小的空間中,光纖傳感器在強電磁干擾和高電壓環(huán)境中表現(xiàn)出的能力。目前,光纖傳感器有70多種,大致分為光纖自身傳感器和光纖傳感器。

  光纖傳感器家族的后期之秀,因其優(yōu)異的光纖性能而得到廣泛應用,是生產實踐中值得注意的傳感器。

  光纖傳感器非常適合不敏感的條件,包括噪音、高振動、極熱、潮濕和不穩(wěn)定的環(huán)境。這些傳感器可以輕松安裝在小區(qū)域中,并且可以正確定位在需要柔性光纖的任何地方。波長偏移可以使用光學頻域反射儀來計算??梢允褂弥T如光學時域反射計之類的設備來確定光纖傳感器的時間延遲。

  光纖傳感器的一般框圖如上所示。該框圖由光源(發(fā)光二極管、激光和激光二極管)、光纖、傳感元件、光檢測器和末端處理設備(光譜分析儀、示波器)組成。這些傳感器根據工作原理、傳感器位置和應用分為三類。

  根據工作原理,光纖傳感器分為三種:1.基于強度2.基于相位3.基于極化

  1.基于強度的光纖傳感器

  基于強度的光纖傳感器需要更多的光,這些傳感器使用多模大芯光纖。下圖給出了關于光強度如何作為傳感參數(shù)工作以及這種布置如何使光纖作為傳感器工作的概念。振動傳感器。當有振動時,從一端插入到另一端的光就會發(fā)生變化,這將產生測量振動幅度的智能。

  光纖傳感器光纖和振動傳感器取決于后面部分的光強。由于系統(tǒng)中不會發(fā)生在環(huán)境中的可變損耗,這些傳感器具有許多限制。這些可變損耗包括由于拼接引起的損耗、微觀和宏觀彎曲損耗、由于接頭處的連接引起的損耗等。示例包括基于強度的傳感器或微彎曲傳感器和倏逝波傳感器。

  光纖傳感器器的優(yōu)點包括成本低、能夠作為真正的分布式傳感器執(zhí)行、實現(xiàn)非常簡單、可以多路復用等。缺點包括光強度和相對測量值的變化等。

  2.基于偏振的光纖傳感器

  基于偏振的光纖對于某一類傳感器很重要。該屬性可以通過各種外部變量簡單地修改,因此,這些類型的傳感器可以用于測量一系列參數(shù)。已開發(fā)出具有精確偏振特性的特殊光纖和其他組件。通常,它們用于各種測量、通信和信號處理應用。

  基于偏振的光纖傳感器的光學設置如上所示。它是通過偏振器對來自光源的光進行偏振而形成的。偏振光在與一段雙折射偏振保護光纖的選定軸成45°處開始。這部分光纖用作傳感光纖。然后,在任何外部干擾(例如應力或應變)下,兩個極化狀態(tài)之間的相位差會發(fā)生變化。然后,根據外部干擾,改變輸出極化。因此,通過考慮光纖下端的輸出極化狀態(tài),可以檢測到外部干擾。

  3.光纖傳感器用于改變信息信號上的發(fā)射器光,其中信號由基于相位的光纖傳感器觀察。當一束光通過干涉儀時,光會分成兩束。其中一束暴露在傳感環(huán)境中,另一束與傳感環(huán)境隔離,作為參考。一旦兩個分離的光束重新組合,它們就會相互阻礙。


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