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光纤传感器介绍

日期:2024-12-23 22:33
浏览次数:1186
摘要:
中文名称:
光纤传感器
英文名称:
optical fiber transducer
定义1:
利用光导纤维的传光特性,把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。
所属学科:
航空科技(**学科);飞行控制、导航、显示、控制和记录系统(二级学科)
定义2:
利用光纤技术和光学原理,将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。
所属学科:
机械工程(**学科);传感器(二级学科);传感器一般名词(三级学科)
 

编辑本段概述

  近年来,传感器在朝着灵敏、**、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中,光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能,例如:抗电磁干扰和原子辐射的性能,径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区),或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还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。
 

编辑本段优点

  一。灵敏度较高;
 
  二。几何形状具有多方面的适应性,可以制成任意形状的光纤传感器;
 
  三。可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;
 
  四。可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;
 
  五。而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
 

编辑本段应用

  光纤传感器应用:绝缘子污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。
 

编辑本段分类

  光纤传感器可以分为两大类:一类是功能型(传感型)传感器;另一类是非功能型(传光型)传感器。

一、功能型传感器

  功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。
 
  光纤在其中不仅是导光媒质,而且也是敏感元件,光在光纤内受被测量调制,多采用多模光纤。
 
  优点:结构紧凑、灵敏度高。
 
  缺点:须用特殊光纤,成本高,
 
  典型例子:光纤陀螺、光纤水听器等

二、非功能型传感器

  非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为信息的传输介质,常采用单模光纤。
 
  光纤在其中仅起导光作用,光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。
 
  优点:无需特殊光纤及其他特殊技术;比较容易实现,成本低。
 
  缺点:灵敏度较低。
 
  实用化的大都是非功能型的光纤传感器。
 
  光纤传感器是*近几年出现的新技术,可以用来测量多种物理量,比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等,还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里,在强电磁干扰和高电压的环境里,光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种,大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。
 
  所谓光纤自身的传感器,就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化,从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较),使输出的光的相位(或振幅)发生变化,根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高,利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗,能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈,以增加利用长度,获得更高的灵敏度。
 
  光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时,就会产生微弯曲,而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波,它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲,通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种,与激光陀螺相比,光纤陀螺灵敏度高,体积小,成本低,可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理
 

编辑本段流量计原理

  光纤传感器流量计原理如下:
 
  另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下:传感器位于光纤端部,光纤只是光的传输线,将被测量的物理量变换成为光的振幅,相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中,传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广,使用简便,但是精度比**类传感器稍低。
 
  光纤在传感器家族中是后起之秀,它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用,是在生产实践中值得注意的一种传感器。
 
  光纤传感器凭借着其大量的优点已经成为传感器家族的后起之秀,并且在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用,成为传感器家族中不可缺少的一员。
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