光纖傳感器的原理及特點

2021-01-19 Talk工控

光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調製器、光探測器以及解調製器組成。基本原理是將光源的光經入射光纖送人調製區,光在調製區內與外界被測參數相互作用,使的光學性質(如強度、波長、頻率、相位、偏正態等發生變化而成為被調製的信號光,再經出射光纖送入光探測器、解調器而獲得被測參數。

光纖傳感器按傳感原理可分為兩類:一類是傳光型(非功能型)傳感器,另一類是傳感型(功能型)傳感器。在傳光型光纖傳感器中,光纖僅作為光的傳輸媒質,對被測信號的感覺是靠其它敏感元件來完成的，這種傳感器中出射光纖和入射光纖是不連續的,兩者之間的調製器是光譜變化的敏感元件或其它性質的敏感元件。

在傳感型光纖傳感器中光纖兼有對被測信號的敏感及光信號的傳輸作用,將信號的「感」和「傳」合而為一,因此這類傳感器中光纖是連續的。由於這兩種傳感器中光纖所起的作用不同,對光纖的要求也不同。

在傳光型傳感器中光纖只起傳光作用，採用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求，而敏感元件可以很靈活地選用優質的材料來實現，因此這類傳感器的靈敏度可以做得很高,但需要較多的光耦合器件,結構較複雜。

傳感型光纖傳感器的結構相對來說比較簡單,可少用一些耦合器件,但對光纖的要求較高,往往需採用對被測信號敏感、傳輸特性又好的特殊光纖。目前為止,實際中大多數採用前者,但隨著光纖製造工藝的改進,傳感型光纖傳感器也必將得到廣泛的應用。

按光在光纖中被調製的原理不同,光纖傳感器可分為:強度調製型、相位調製型、偏振態調製型、頻率調製型、波長調製型等。迄令為止,光纖傳感器能夠測定的物理量已達七十多種。

與傳統的傳感器相比,光纖傳感器具有獨特的優點：

（1）靈敏度高

由於光是一種波長極短的電磁波,通過光的相位便得到其光學長度。以光纖幹涉儀為例,由於所使用的光纖直徑很小,受到微小的機械外力的作用或溫度變化時其光學長度要發生變化,從而引起較大的相位變化

假設用10米的光纖,1℃的變化引起1000ard的相位變化,若能夠檢測出的最小相位變化為0.01ard,那麼所能測出的最小溫度變化為l0℃,可見其靈敏度之高.

(2)抗電磁幹擾、電絕緣、耐腐蝕、本質安全

由於光纖傳感器是利用光波傳輸信息,而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質,並且安全可靠,這使它可以方便有效地用於各種大型機電、石油化工、礦井等強電磁幹擾和易燃易爆等惡劣環境中。

（3）測量速度快

光的傳播速度最快且能傳送二維信息,因此可用於高速測量。對雷達等信號的分析要求具有極高的檢測速率，應用電子學的方法難以實現，利用光的衍射現象的高速頻譜分析便可解決。

（4）信息容量大

被測信號以光波為載體,而光的頻率極高,所容納的頻帶很寬,同一根光纖可以傳翰多路信號。

（5）適用於惡劣環境

光纖是一種電介質,耐高壓、耐腐蝕、抗電磁幹擾,可用於其它傳感器所不適應的惡劣環境中。此外,光纖傳感囂還具有質量輕、體積小、可繞曲、測量對象廣泛、復用性好、成本低等特點。

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