時(shí)間:2023-06-30 17:33:00來源:21ic電子網(wǎng)
光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器,使待測參數(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、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,稱為被調(diào)制的信號(hào)光,再利用被測量對(duì)光的傳輸特性施加的影響,完成測量。
光纖傳感器是一種將被測對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號(hào)的傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器,在調(diào)制器內(nèi)與外界被測參數(shù)的相互作用, 使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化,成為被調(diào)制的光信號(hào),再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。整個(gè)過程中,光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入,通過調(diào)制器后再射出,其中光纖的作用首先是傳輸光束,其次是起到光調(diào)制器的作用。
導(dǎo)纖維是利用光的完全內(nèi)反射原理傳輸光波的一種介質(zhì),它是由高折射率的纖芯和包層所組成。包層的折射率小于纖芯的折射率,直徑大致為0.1mm~0.2mm。當(dāng)光線通過端面透入纖芯,在到達(dá)與包層的交界面時(shí),由于光線的完全內(nèi)反射,光線反射回纖芯層。這樣經(jīng)過不斷的反射,光線就能沿著纖芯向前傳播且只有很小的衰減。光纖式傳感器就是把發(fā)射器發(fā)出的光線用光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到檢測點(diǎn),再把檢測到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到接收器來實(shí)現(xiàn)檢測的。按動(dòng)作方式的不同,光纖式傳感也可分為對(duì)射式、漫反射式等多種類型。光纖式傳感器可以實(shí)現(xiàn)被檢測物體在較遠(yuǎn)區(qū)域的檢測。由于光纖損耗和光纖色散的存在,在長距離光纖傳輸系統(tǒng)中,必須在線路適當(dāng)位置設(shè)立中級(jí)放大器,以對(duì)衰減和失真的光脈沖信號(hào)進(jìn)行處理及放大。
(1)物性型光纖傳感器原理,物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性,將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng),即光纖在外界環(huán)境因素,如溫度、壓力、電場、磁場等等改變時(shí),其傳光特性,如相位與光強(qiáng),會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。
因此,如果能測出通過光纖的光相位、光強(qiáng)變化,就可以知道被測物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波,經(jīng)分光器分為兩路,一為基準(zhǔn)光路,另一為測量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動(dòng)等)引起光纖長度的變化和相位的光相位變化,從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋,對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù),就可測量溫度或壓等。
(2)結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理,結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì),所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。
點(diǎn)傳感器,在點(diǎn)傳感器中,每個(gè)傳感器都是離散的,必須單獨(dú)回程,因此點(diǎn)傳感器適用于較短長度的部署,同時(shí)基于光纖布拉格光柵(FBG)點(diǎn)傳感器可以在具有高分辨率和靈敏度的FBG的特定位置測量參數(shù)。
準(zhǔn)分布式傳感器,準(zhǔn)分布式傳感器使用多個(gè)嵌入光纖的FBG,通過修改光纖芯的折射率,使得某些波長的光能夠通過,而其他波長的光反射回光源。每個(gè)FBG都可以反射特定的波長,從而使每個(gè)FBG都可以沿光纖路徑識(shí)別。準(zhǔn)分布式傳感在整個(gè)光纜上并不敏感,但是在各個(gè)局部點(diǎn)極為敏感。
分布式光纖傳感器,分布式光纖傳感器(DFOS)是一種能夠沿整條光纖光纜進(jìn)行連續(xù)測量的技術(shù),它具有以下特點(diǎn):傳感元件、僅針對(duì)光纖、靈敏度高、抗電磁干擾以及測量范圍大。DFOS應(yīng)用類型包括分布式溫度傳感(DTS)、分布式聲學(xué)傳感(DAS)和分布式應(yīng)變傳感(DSS)。DTS是將光纖本身作為傳感原件來測量整條光纖光纜的溫度分布,DTS代表的是一種在長距離內(nèi)獲得準(zhǔn)確和高分辨率溫度測量的經(jīng)濟(jì)有效的辦法。DAS使用光纖來檢測聲學(xué)振動(dòng)。DSS是沿光纖傳感器光纜提供空間分辨率的延長率曲線,通過在資產(chǎn)橫截面的不同位置組合多條傳感器光纜,DSS用于計(jì)算資產(chǎn)(被測設(shè)備)的延長率(應(yīng)變)、形狀(彎曲半徑和彎曲方向)、扭曲度等。
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