光纤传感器的工作原理以及技术特点

光纤传感器是利用光导纤维的传光特性,把被测量转换为光特性改变的传感器。光纤传感器主要由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制区内,光在调制区内与外界被测参数相互作用,使光的光学性质发生变化而成为被调制的信号光,再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。

如果按光在光纤中被调制的原理不同,可将光纤传感器分为:强度调制型、相位调制型、偏振态调制型、频率调制型、波长调制型等。

光纤传感器如果依据传感原理还可分为传光型传感器和传感型传感器。在传光型光纤传感器中,光纤只是作为光的传输媒质,是依靠其它敏感元件来完成对被测信号感觉的,这种传感器的出射光纤和入射光纤是不连续的,两者之间的调制器是光谱变化的敏感元件或其它性质的敏感元件。在传感型光纤传感器中光纤兼有对被测信号的敏感及光信号的传输作用,会将信号的“感”和“传”结合起来,所以这类传感器中的光纤是连续的。

从基本原理来看,光纤传感器会根据所测试的外部环境参数的变化来改变其传播的光波的一个或几个属性,比如强度、相位、偏振状态以及频率等。非国定型C混合型光纤传感器仅仅将光纤作为光波在设备与传感元件之间的传输介质,而国定型光纤传感器则将光纤本身作为传感元件使用。

光纤主要由三个部分组成:纤芯(core),包层( cladding)和保护( ouffercoating)。其中包层能够将纤芯发出的杂散光波反射回纤芯中,以保证光波在纤芯中具有较低的传输损耗。这个功能的实现原理是纤亢的光折射率比包层的折射率高,这样光波从纤芯传搔到包层的时候会发生全内反射。较外面的保护层提供保护作用,避免外界环境或外力对光纤造成损坏。而且可以根据需要要强和保护程序的不同,使用多层保护层。

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。

光纤传感器的主要特点

光纤传感器具有高灵敏度、耐高温、可以抗电磁干扰,无电火花、高绝缘性、耐魔蚀、能在有毒的气体和强辐射的现场工作,它的尺寸小具有挠曲的随意性。因此广泛用于军事、电力工程、机械制造、石油化工、交通运输、核工程、计量以及医学、生物工程等方面。

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