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(qiáng)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(qiáng)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。
光纖傳感技術(shù)的核心是光纖條纖細(xì)的玻璃線,光波能夠在其中心進(jìn)行傳搔。光纖主要由三個部分組成:纖芯(core),包層( cladding)和保護(hù)( 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。外面的保護(hù)層提供保護(hù)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(qiáng)和保護(hù)程序的不同,使用多層保護(hù)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)械制造、石油化工、交通運(yùn)輸、核工程、計量以及醫(yī)學(xué)、生物工程等方面。
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光纖壓力傳感器 - FOP-M是專門為宇航和國防的高溫領(lǐng)域而設(shè)計。FOP-M可以承受150℃?(302°F)的高溫。與大多數(shù)的傳統(tǒng)壓力傳感器設(shè)計不同，F(xiàn)OP-M采用獨特的硅晶體振動膜的偏轉(zhuǎn)設(shè)計。傳感器完全不受電磁和射頻干擾，內(nèi)在可靠性適用于危險和高溫環(huán)境。
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光纖傳感頭端部由Cr3+離子摻雜, 實現(xiàn)光激勵時的熒光發(fā)射。 摻雜部分光纖長度為8～10 mm。 端部光纖的外表面同時鍍覆黑體腔, 用于輻射測溫。 (這時,光纖黑體腔長度與直徑之比大于10,可以滿足黑體腔表觀輻射率恒定的要求)。 值得注意的是, 避免或減少熒光發(fā)射部分與熱輻射部分的相互干擾, 對保證整個系統(tǒng)的性能十分重要。
經(jīng)過分析, 可以發(fā)現(xiàn)這種干擾主要表現(xiàn)為:
1) 熒光信號中輻射背景信號對熒光壽命檢測精度的影響,
2) 光纖表面鍍覆對熒光強(qiáng)度的影響,
3) 光纖內(nèi)Cr3+離子摻雜對黑體腔熱輻射信號的影響。
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