光纤传感器的基本工作原理
2016-06-01
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器使待测参数与进入调制区的光相互作用后导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化称为被调制的信号光在经过光纤送入光探测器经解调后获得被测参数。
近年来传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等它能够在人达不到的地方(如高温区)或者对人有害的地区(如核辐射区)起到人的耳目的作用而且还能超越人的生理界限接收人的感官所感受不到的外界信息。
优点：
一。灵敏度较高;
二。几何形状具有多方面的适应性可以制成任意形状的光纤传感器;
三。可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;
四。可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;
五。而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
光纤传感器应用：绝缘子污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。
光纤传感器可以分为两大类：一类是功能型(传感型)传感器; 另一类是非功能型(传光型)传感器。
一、功能型传感器
功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被测量对光纤内传输的光进行调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再通过对被调制过的信号进行解调, 从而得出被测信号。
光纤在其中不仅是导光媒质而且也是敏感元件光在光纤内受被测量调制，测振仪多采用多模光纤。
优点：结构紧凑、灵敏度高。
缺点：须用特殊光纤成本高，烟气分析仪
典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等
二、非功能型传感器
非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质常采用单模光纤。
光纤在其中仅起导光作用光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。
优点：无需特殊光纤及其他特殊技术;比较容易实现成本低。
缺点：灵敏度较低。
实用化的大都是非功能型的光纤传感器。
光纤传感器是最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。
所谓光纤自身的传感器就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)使输出的光的相位(或振幅)发生变化根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，溶解氧测定仪能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈以增加利用长度获得更高的灵敏度。
光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时就会产生微弯曲而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种与激光陀螺相比光纤陀螺灵敏度高体积小成本低可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。
