光纖式傳感器

光纖自上世紀60年代問世以來, 就被應用于傳感領域。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距離和難以接收到的信號。近年來, 隨著光通信技術的發(fā)展, 許多影響光通信質量的因素得到研究, 大量新的光纖測量手段也不斷涌現。目前, 光纖傳感器正朝著微型化、數字化、智能化、網絡化的方向發(fā)展。

光纖傳感器有哪些特點

光纖傳感器具有許多優(yōu)異的性能:光纖中傳輸的是光信號, 完全不受電磁干擾的影響, 信號可以以較小的損耗傳輸很遠的距離;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很高;光纖傳感器在測量現場不帶電信號, 沒有產生電火花, 起火爆炸的危險。光纖傳感器還具有體積小、質量輕、靈敏度高、響應速度快等特點, 非常適合在各種惡劣環(huán)境下實現高性能的參數測量。

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, 外界信號按照其變化規(guī)律使光纖中傳輸的光波的物理特征參量發(fā)生變化的傳感器。這些被調制的物理特征參量包括光的強度、頻率、波長、相位和偏振, 其中后四種物理特征參量的調制使得光纖傳感器對被測量十分敏感。

光纖傳感器由什么組成

一個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)光二極管和半導體激光器;白熾燈也可用于某些化學傳感器。

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被限制在纖芯范圍內傳輸, 或是為了改變光的某些參數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沒有光纖器件。

4) 傳感元件是根據被測信號來調制光纖傳輸光參數的部件, 它有時候是光纖本身, 如拉曼散射式光纖溫度傳感器;有時候是對光纖進行特殊的處理, 使其對被測量敏感, 如光纖光柵傳感器;有時候是通過一些結構將被測量轉變?yōu)闄C械形變來對光纖進行調制, 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傳輸光進行調制, 如熒光式光纖溫度傳感器。

5) 探測器是用來對光信號進行檢測的器件, 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;由于現有的光電探測器只能檢測光強信號, 有的傳感器中還需要使用專門的光路結構來將光的頻率、波長、相位、偏振態(tài)轉變?yōu)楣鈴妬磉M行檢測。

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

光纖傳感器實際應用

光纖傳感器可以測量許多參數, 如位移、應變、壓力、溫度、振動、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。