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傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器,使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后,導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度,、波長(zhǎng)、頻率、相位,、偏正態(tài)等)發(fā)生變化,稱為被調(diào)制的信號(hào)光,,再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器,,經(jīng)解調(diào)后,獲得被測(cè)參數(shù),。
傳感器是zui近幾年出現(xiàn)的新技術(shù),,可以用來(lái)測(cè)量多種物理量,比如聲場(chǎng),、電場(chǎng),、壓力、溫度,、角速度,、加速度等,還可以完成現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)難以完成的測(cè)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*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,。 所謂光纖自身的傳感器,就是光纖自身直接接收外界的被測(cè)量,。外接的被測(cè)量物理量能夠引起測(cè)量臂的長(zhǎng)度,、折射率、直徑的變化,,從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹?、相位、頻率,、偏振等方面發(fā)生變化,。測(cè)量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉(比較),使輸出的光的相位(或振幅)發(fā)生變化,,根據(jù)這個(gè)變化就可檢測(cè)出被測(cè)量的變化,。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高,利用干涉技術(shù)能夠檢測(cè)出10的負(fù)4次方弧度的微小相位變化所對(duì)應(yīng)的物理量,。利用光纖的繞性和低損耗,,能夠?qū)⒑荛L(zhǎng)的光纖盤成直徑很小的光纖圈,以增加利用長(zhǎng)度,,獲得更高的靈敏度,。 光纖聲傳感器就是種利用光纖自身的傳感器。當(dāng)光纖受到點(diǎn)很微小的外力作用時(shí),,就會(huì)產(chǎn)生微彎曲,,而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是種機(jī)械波,,它對(duì)光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲,,通過(guò)彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的種,,與激光陀螺相比,,光纖陀螺靈敏度高,體積小,,成本低,,可以用于飛機(jī)、艦船,、導(dǎo)彈等的高慣性導(dǎo)航系統(tǒng),。如圖就是光纖傳感器渦輪流量計(jì)的原理。,,,傳感器/39529830/39529839:?jiǎn)螛s兵
傳感器傳感器(FBS)是種使用頻率zui高,,范圍zui廣的光纖傳感器,,這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應(yīng)變的變化來(lái)改變其反射的光波的波長(zhǎng),。光纖布拉格光柵是通過(guò)全息干涉法或者相位掩膜法來(lái)將小段光敏感的光纖暴露在個(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會(huì)根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而*改變,。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵,。 當(dāng)束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時(shí)候,光折射率被改變以后的每小段光纖就只會(huì)反射種特定波長(zhǎng)的光波,,這個(gè)波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng),,這種特性就使光纖布拉格光柵只反射種特定波長(zhǎng)的光波,而其它波長(zhǎng)的光波都會(huì)被傳播,。
,傳感器的另外個(gè)大類是利用光纖的傳感器,。其結(jié)構(gòu)大致如下:傳感器位于光纖端部,光纖只是光的傳輸線,,將被測(cè)量的物理量變換成為光的振幅,,相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中,,傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合,。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測(cè)提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣,,使用簡(jiǎn)便,,但是精度比*類傳感器稍低,。 光纖在傳感器家族中是*,,它憑借著光纖的優(yōu)異而得到廣泛的應(yīng)用,是在實(shí)踐中值得注意的種傳感器,。 光纖傳感器憑借著其大量的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為傳感器家族的*,,并且在各種不同的測(cè)量中發(fā)揮著自己獨(dú)到的作用,成為傳感器家族中*的員,。,,,傳感器/39529830/39529839:?jiǎn)螛s兵
傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換光電傳感器
成連續(xù)變化的光電流,它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測(cè)物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上,再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物光遮其中部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān). 光敏二極管是zui常見的光傳感器,。光敏二極管的外型與般二極管樣,只是它的管殼上開有個(gè)嵌著玻璃的窗口,,以便于光線射入,,為增加受光面積,PN結(jié)的面積做得較大,,光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下,,并與負(fù)載電阻相串聯(lián),當(dāng)無(wú)光照時(shí),,它與普通二極管樣,,反向電流很小(<µA),,稱為光敏二極管的暗電流,;當(dāng)有光照時(shí),,載流子被激發(fā),產(chǎn)生電子-空穴,,稱為光電光電傳感器
載流子,。在外電場(chǎng)的作用下,光電載流子參于導(dǎo)電,,形成比暗電流大得多的反向電流,,該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比,,于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào),。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外,還有對(duì)電信號(hào)放大的功能,。光敏三管的外型與般三極管相差不大,,般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極,基極不引出,,管殼同樣開窗口,,以便光線射入。為增大光照,,基區(qū)面積做得很大,,發(fā)射區(qū)較小,入射光主要被基區(qū)吸收,。工作時(shí)集電結(jié)反偏,,發(fā)射結(jié)正偏。在無(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流Iceo=(1+β)Icbo(很?。?,比般三極管的穿透電流還小,;當(dāng)有光照時(shí),,激發(fā)大量的電子-空穴對(duì),使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大,,此刻流過(guò)管子的電流稱為光電流,,集電極電流Ic=(1+β)Ib,可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度,。/39529830/39529839:?jiǎn)螛s兵
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