1. 中國臺灣力科光纖溫度傳感器結(jié)構(gòu)原理:
以電為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)傳感器是一種把測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的電信號的裝置,。它的電源、敏感元件,、信號接收和處理系統(tǒng)以及信息傳輸均用金屬導(dǎo)線連接,。見圖(a)。光纖傳感器則是一種把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置,。由光發(fā)送器,、敏感元件(光纖或非光纖的)、光接收器,、信號處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成,見圖(b),。
由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)源光纖引導(dǎo)至敏感元件,。這時(shí),光的某一性質(zhì)受到被測量的調(diào)制,,已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器,使光信號變?yōu)殡娦盘?,后?jīng)信號處理得到所期待的被測量,。
可見,光纖傳感器與以電為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)傳感器相比較,,在測量原理上有本質(zhì)的差別,。傳統(tǒng)傳感器是以機(jī)電測量為基礎(chǔ),而光纖傳感器則以光學(xué)測量為基礎(chǔ),。
2. 光纖傳感器的分類:
注:MM多模,;SM單模;PM偏振保持,;a,b,c功能型、非功能型,、拾光型
3,、 根據(jù)光纖在傳感器中的作用,光纖傳感器分為功能型,、非功能型和拾光型三大類,。
1) 功能型(全光纖型)光纖傳感器
利用對外界信息具有造紙廠能力和檢測能力的光纖(或特殊光纖)作傳感元件,。將“傳”和“感”合為一體的傳感器,。光纖不僅起傳光作用,而且還利用光纖在外界因素(彎曲,、相變)的作用下,,其光學(xué)特性(光強(qiáng)、相位,、偏振態(tài)等)的變化來實(shí)現(xiàn)“傳”和“感”的功能,。因此,,傳感器中光纖是連續(xù)的。由于光纖連續(xù),,增加其長度,,可提高靈敏度。
1) 非功能型(或稱傳光型)光纖傳感器
光纖僅起導(dǎo)光作用,,只“傳”不“感”,,對外界信息的“感覺”功能依靠其他物理性質(zhì)的功能元件完成。光纖不連續(xù),。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù),,比較容易實(shí)現(xiàn),成本低,。但靈敏度也較低,,用于對靈敏度要求不太高的場合。
2) 拾光型光纖傳感器
用光纖作為探頭,,接收由被測對象輻射的光或被其反射,、散射的光,。其典型例子如光纖激光多普勒速度計(jì)、輻射式光纖溫度傳感器等,。
(2)根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式
形式:強(qiáng)度調(diào)制型,、偏振調(diào)制、頻率調(diào)制,、相位調(diào)制,。
1) 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器
是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的折射率,、吸收或反射等參數(shù)的變化,,而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化來實(shí)現(xiàn)敏感測量的傳感器,。有利用光纖的微彎損耗;各物質(zhì)的吸收特性,;振動(dòng)膜可液晶的反射光強(qiáng)度的變化,;物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機(jī)械的激勵(lì)而發(fā)光的現(xiàn)象,;以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等來構(gòu)成壓力,、振動(dòng),、溫度、位移,、氣體等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器,。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn),,成本低,。
缺點(diǎn):受光源強(qiáng)度波動(dòng)和連接器損耗變化等影響較大。
2) 偏振調(diào)制光纖傳感器
是一種利用光偏振態(tài)變化來傳遞被測對象信息的傳感器,。有利用光在磁場中媒質(zhì)內(nèi)傳播的法拉弟效應(yīng)做成的電流、磁場傳感器;利用光在電場中的壓電晶體內(nèi)傳播的泡爾效應(yīng)做成的電場,、電壓傳感器,;利用物質(zhì)的光彈效應(yīng)構(gòu)成的壓力、振動(dòng)或聲傳感器,;以及利用光纖的雙折射性構(gòu)成溫度,、壓力、振動(dòng)等傳感器,。這類傳感器可以避免光源強(qiáng)度變化的影響,
因此靈敏度高,。
1) 頻率調(diào)制光纖傳感器
是一種利用單色光射到被測物體上反射回來的光的頻率發(fā)生變化來進(jìn)行監(jiān)測的傳感器,。有利用運(yùn)動(dòng)物體反射光和散射光的多普勒效應(yīng)的光纖速度、流速,、振動(dòng),、壓力、加速度傳感器,;利用物質(zhì)受強(qiáng)光照射時(shí)的喇曼散射構(gòu)成的測量氣體濃度或監(jiān)測大氣污染的氣體傳感器,;以及利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。
2) 相位調(diào)制傳感器
其基本原理是利用被測對象敏感元件的作用,,使敏感元件的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化,,而導(dǎo)致光的相位變化,使兩束單色光所產(chǎn)生的干涉系統(tǒng)發(fā)生變化,,通過檢測干涉系統(tǒng)的變化量來確定光的相位變化量,從而得到被測對象的信息,。通常有利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器,;利用磁致伸縮效應(yīng)的電流,、磁場傳感器;利用電致伸縮的電場,、電壓傳感器以及利用光纖賽格納克(Sagnac)效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器(光纖陀螺)等。這類傳感器的靈敏度很高,。但由于須用特殊光纖及高精度檢測系統(tǒng),,因此成本高。
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