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、網絡化的方向發展。

光纖傳感器有哪些特點

光纖傳感器具有許多優異的性能: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律使光纖中傳輸的光波的物理特征參量發生變化的傳感器。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為機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、偏振態轉變為光強來進行檢測。

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, 并為傳感系統的后續控制電路提供接口。

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。