光纖傳感器的工作原理以及技術(shù)特點

光纖傳感器是利用光導(dǎo)纖維的傳光特性,把被測量轉(zhuǎn)換為光特性改變的傳感器。光纖傳感器主要由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測器以及解調(diào)制器組成。其基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送入調(diào)制區(qū)內(nèi),光在調(diào)制區(qū)內(nèi)與外界被測參數(shù)相互作用,使光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號光,再經(jīng)出射光纖送入光探測器、解調(diào)器而獲得被測參數(shù)。

如果按光在光纖中被調(diào)制的原理不同,可將光纖傳感器分為:強度調(diào)制型、相位調(diào)制型、偏振態(tài)調(diào)制型、頻率調(diào)制型、波長調(diào)制型等。

光纖傳感器如果依據(jù)傳感原理還可分為傳光型傳感器和傳感型傳感器。在傳光型光纖傳感器中,光纖只是作為光的傳輸媒質(zhì),是依靠其它敏感元件來完成對被測信號感覺的,這種傳感器的出射光纖和入射光纖是不連續(xù)的,兩者之間的調(diào)制器是光譜變化的敏感元件或其它性質(zhì)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,會將信號的“感”和“傳”結(jié)合起來,所以這類傳感器中的光纖是連續(xù)的。

從基本原理來看,光纖傳感器會根據(jù)所測試的外部環(huán)境參數(shù)的變化來改變其傳播的光波的一個或幾個屬性,比如強度、相位、偏振狀態(tài)以及頻率等。非國定型C混合型光纖傳感器僅僅將光纖作為光波在設(shè)備與傳感元件之間的傳輸介質(zhì),而國定型光纖傳感器則將光纖本身作為傳感元件使用。

光纖主要由三個部分組成:纖芯(core),包層( cladding)和保護( ouffercoating)。其中包層能夠?qū)⒗w芯發(fā)出的雜散光波反射回纖芯中,以保證光波在纖芯中具有較低的傳輸損耗。這個功能的實現(xiàn)原理是纖亢的光折射率比包層的折射率高,這樣光波從纖芯傳搔到包層的時候會發(fā)生全內(nèi)反射。較外面的保護層提供保護作用,避免外界環(huán)境或外力對光纖造成損壞。而且可以根據(jù)需要要強和保護程序的不同,使用多層保護層。

光纖傳感器是近幾年出現(xiàn)的新技術(shù),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(xiàn)有測量技術(shù)難以完成的測量任務(wù)。在狹小的空間里,在強電磁干擾和高電壓的環(huán)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(jīng)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。

光纖傳感器的主要特點

光纖傳感器具有高靈敏度、耐高溫、可以抗電磁干擾,無電火花、高絕緣性、耐魔蝕、能在有毒的氣體和強輻射的現(xiàn)場工作,它的尺寸小具有撓曲的隨意性。因此廣泛用于軍事、電力工程、機械制造、石油化工、交通運輸、核工程、計量以及醫(yī)學(xué)、生物工程等方面。

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