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光纖傳感器是一種放大器分離型的光電傳感器,光纖傳感器中也有對射型、回歸反射型和擴散反射型。光纖傳感器的功能與光電傳感器有些類(lèi)似,均可遠距離檢測物體是否存在。
不同的是,光纖傳感器的體型較光電傳感器小,且光斑直徑也比光電傳感器的光斑小很多。此外,光纖傳感器由光纖及光纖放大器組成,這使得它能適應更惡劣的環(huán)境,比如油污環(huán)、高溫等。因為光纖的優(yōu)點(diǎn)以及它的數字化顯示、管理,是目前傳感器發(fā)展的主流。
光電傳感器是一種光學(xué)控制開(kāi)關(guān),可在定位置實(shí)現自動(dòng)開(kāi)啟閉合的設備。光電傳感器具有感應距離遠,便于調整感應距離,可實(shí)現非接觸式檢測等特點(diǎn)。因此在一些場(chǎng)景,光電傳感器也經(jīng)常被用于遠距離檢測物體是否存在。
光纖傳感器的特點(diǎn):
1、檢測距離。
2、對檢測物體的限制少:以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理,所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在具有導磁性,它可對玻璃·塑料、木材、液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。
3、響應時(shí)間短:光本身為高速,并且傳感器的電路都由電子零件構成,所以不包含機械性工作時(shí)間,響應時(shí)間非常短。
光纖傳感器有哪些?分別用來(lái)測量什么?
光纖傳感器可以分為兩大類(lèi): 一類(lèi)是功能型(傳感型)傳感器; 另一類(lèi)是非功能型(傳光型)傳感器。
1.功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件, 被測量對光纖內傳輸的光進(jìn)行調制, 使傳輸的光的強度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化, 再通過(guò)對被調制過(guò)的信號進(jìn)行解調, 從而得出被測信號。
光纖在其中不僅是導光媒質(zhì),而且也是敏感元件,光在光纖內受被測量調制,多采用多模光纖。
優(yōu)點(diǎn):結構緊湊、靈敏度高。
缺點(diǎn):須用特殊光纖,成本高,
典型例子:光纖陀螺、光纖水聽(tīng)器等
2.非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化, 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì),常采用單模光纖。
光纖在其中僅起導光作用,光照在光纖型敏感元件上受被測量調制。
優(yōu)點(diǎn):無(wú)需特殊光纖及其他特殊技術(shù),
比較容易實(shí)現,成本低。
缺點(diǎn):靈敏度較低。
德國Wenglor光電傳感器和光纖傳感器的區別實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。
光纖傳感器是最近幾年出現的新技術(shù),可以用來(lái)測量多種物理量,比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等,還可以完成現有測量技術(shù)難以完成的測量任務(wù)。在狹小的空間里,在強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量。外接的被測量物理量能夠引起測量臂的長(cháng)度、折射率、直徑的變化,從而使得光纖內傳輸的光在振幅、相位、頻率、偏振等方面發(fā)生變化。測量臂傳輸的光與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,根據這個(gè)變化就可檢測出被測量的變化。光纖中傳輸的相位受外界影響的靈敏度很高,利用干涉技術(shù)能夠檢測出10的負4次方弧度的微小相位變化所對應的物理量。利用光纖的繞性和低損耗,能夠將很長(cháng)的光纖盤(pán)成直徑很小的光纖圈,以增加利用長(cháng)度,獲得更高的靈敏度。
光纖聲傳感器就是一種利用光纖自身的傳感器。當光纖受到一點(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。聲音是一種機械波,它對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弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種,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、艦船、彈等的高性能慣性導航系統。如圖就是光纖傳感器渦輪流量計的原理。
光纖傳感器流量計原理
另外一個(gè)大類(lèi)的光纖傳感器是利用光纖的傳感器。其結構大致如下:傳感器位于光纖端部,光纖只是光的傳輸線(xiàn),將被測量的物理量變換成為光的振幅,相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統中,傳統的傳感器和光纖相結合。光纖的導入使得實(shí)現探針化的遙測提供了可能性。這種光纖傳輸的傳感器適用范圍廣,使用簡(jiǎn)便,但是精度比第一類(lèi)傳感器稍低。
光纖在傳感器家族中是秀,它憑借著(zhù)光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應用,是在生產(chǎn)實(shí)踐中值得注意的一種傳感器。
近年來(lái),傳感器在朝著(zhù)靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中,光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:抗電磁干擾和原子輻射的性能,徑細、質(zhì)軟、重量輕的機械性能;絕緣、無(wú)感應的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達不到的地方(如高溫區),或者對人有害的地區(如核輻射區),起到人的耳目的作用,而且還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。
光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調制器,使待測參數與進(jìn)入調制區的光相互作用后,導致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強度、波長(cháng)、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化,稱(chēng)為被調制的信號光,在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測器,經(jīng)解調后,獲得被測參數。
光纖傳感器優(yōu)點(diǎn):
靈敏度較高;幾何形狀具有多方面的適應性,可以制成任意形狀的光纖傳感器;可以制造傳感各種不同物理信息(聲、磁、溫度、旋轉等)的器件;可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境;而且具有與光纖遙測技術(shù)的內在相容性。
光纖傳感器應用:磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。