光纤传感器及其在安全监测系统中的应用

发布时间:2018-06-03  发布者:利坤电子

一、光纤传感器的基本组成、原理及特点
  1)光纤的组成及光波的传播特性
  光纤由圆柱形的纤芯及圆同心的保护层组成,保护层的制造材料通常为聚合物、玻璃或陶瓷。纤芯的内径是由所需的光波导性能决定的,而保护层的外径一般略大于100μm。纤芯的折射率一般略大于保护层,这是光波的传播性质所决定的。
  2)光纤传感器的基本组成
  通常情况下,光纤传感器由光源、   长度的传感或传输用光纤、光电检测器、解调器及信号处理电路等部分组成。
  光源发出的光祸合进光纤,经光纤进入调制区(测量区),在调制区内外界被测参数作用于进入调制区内的光信号,使其光学性质如光的强度、波长、频率、相位偏振态等发生变化成为被调制的信号光;再经过光纤送入光检测器,光检测器对进来的光信号进行转换,而输出电信号;   后对电信号进行信号处理而可用信号,从而获得被测参数。光纤传感器可以测量的环境参量主要有应力、温度、振动、化学浓度及电磁场等等。
  3)光纤传感器的原理
  光纤传感器是用光在不同的物理状态下,在光纤中传播的光的干涉、衍射、偏振、反射等物理特征的变化,进行各种物理量的测量装置。光纤传感器一般是由光源、接口、光导纤维、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线,通过接口进入光纤,然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息,   后利用微处理器进行信息处理。
  简言之,光纤传感器的原理就是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而被测参量;即将被测参量转换为光信号参数的变化。
  4)光纤传感器的特点
  光纤传感器突出的优点是光信号不仅能直接感知,而且还可以利用半导体二极管,进行光电转换,还具有、性好、体积小、重量轻、原材料硅资源丰富、抗电磁干扰、、耐高压、电绝缘性能好、可挠曲、、频带宽、损耗低等特点。同时,它还便于与计算机相连,实现智能化和远距离监控。此外,光纤传感器相比于其它传感器有着的优越性:
  ①光纤传感器不受雷电和所有电磁干扰;
  ②光纤传感器准确率和重复率高;
  ③光纤传感器的体积小,重量轻;
  ④波长移动与应变的比例因子是恒定的,没有零点漂移的问题,能进行长时期测量;
  ⑤光纤传感器的抗侵蚀性强;
  ⑥许多FBG传感器可以沿着光纤多通道应用,并可通过单独的引线进行单独的询问。
  二、光纤传感器种类及测试水平
  1)光纤传感器的分类
  光纤传感器根据结构和工作原理可分为3类。
  ①利用光纤的低损耗和直径细微的特点制成的传感器,称为传输型光纤传感器。这种传感器中,光纤只被当作传光的媒介,只起到传光的作用。对待测对象的调制功能是依赖其它物理性质的敏感元器件来实现的。对于传输型传感器,   在光纤端面加装其他传感器才能构成传感器,通常是通过光纤干涉仪来实现的。这类光纤传感器可以监测温度、压力、应力、应变、位移等物理量。
  ②利用光纤与光波本身受被测对象影响而发生变化的特性制成的光纤传感器,称为传感型传感器。它是利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能这一特性而的传感器。光纤在被测对象的作用下,光的强度、相位、偏振态等光学特J陛了调制。由于这种传感器能在整个连续光纤的长度上以距离的连续函数的形式传感出被测参数随光纤长度方向的变化,因此,也称为分布式光纤传感器。在分布式光纤传感器系统中,光纤既是传输媒体,也是传感媒体。
  ③将传输型和传感型的光纤传感器复合而成的,称为系统型传感器。
  2)光纤传感器的测试水平
  用不同材料、工艺可制成不同光纤传感器。目前,光纤温度传感器可探测到2000℃的高温,灵敏度达±1℃;普通型光纤传感器在-10~300℃范围,精度为±1~±3℃,响应时间为2s。

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