光纖傳感器

光纖傳感器是70年代隨著光纖的誕生迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。它具有電絕緣性能好、抗電磁干擾、耐腐蝕、耐高溫、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。種類繁多、應(yīng)用范圍極廣。

• 特點(diǎn)：
  1）本質(zhì)防爆，適用于危險物的檢測
  2）對電絕緣，適用于高電壓的場合
  3）無感應(yīng)性，適用于強(qiáng)磁場干擾的場合
  4）化學(xué)穩(wěn)定性，適用于環(huán)保、醫(yī)藥、食品工業(yè)的檢測
  5）時域變換性，適用于多點(diǎn)分布測量
  6）低損耗、大容量、高精度

光纖與傳光原理

1.1 光纖的結(jié)構(gòu)和種類

纖芯的折射率n1稍大于包層的折射率n2。包層的外面有一層涂覆層，涂覆層的作用是保護(hù)光纖免受物理損傷，再加上外面的保護(hù)套，這樣就構(gòu)成了光纜。

• 按纖芯和包層的材料分：玻璃光纖、塑料光纖、石英光纖。
• 按折射率分布分：階躍型光纖、梯度型光纖
  
• 按傳播模式分：多模光纖、單模光纖
  
  
  1.2 傳光原理
  
  
  
  
  1.3 光纖傳感器中的元器件
  
  光纖分路器（耦合器）、光纖連接器、自聚焦透鏡。

1.4 光纖傳感器的分類

光強(qiáng)調(diào)制傳感器

2.1 光纖微彎位移和壓力傳感器


微彎光纖傳感器就是根據(jù)光纖彎曲時纖芯中的光注入包層、光強(qiáng)減小的原理研制而成的。這類傳感器的敏感元件是一個能引起光纖產(chǎn)生微彎的變形器。

• 特點(diǎn):
  光保持在光纖內(nèi)部、采用多模光纖、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。

2.2 臨界角光纖液位傳感器

2.3 傳輸光強(qiáng)調(diào)制光纖傳感器

傳輸光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器，一般在兩根光纖（輸入光纖和輸出光纖）之間配置有機(jī)械式或光學(xué)式的敏感元件，敏感元件在物理量的作用下調(diào)制光強(qiáng)的方式有：改變輸入光纖和輸出光纖的相對位置、遮斷光路 和吸 收光能量 等。

上圖的具有雙金屬片的光纖溫度傳感器中雙金屬片是敏感元件，當(dāng)溫度變化時，雙金屬片帶動端部的遮光片在平行光束中作垂直方向位移，起遮光作用，使得透過的光強(qiáng)發(fā)生變化。

2.4 反射光強(qiáng)調(diào)制光纖位移傳感器

實(shí)現(xiàn)反射光強(qiáng)調(diào)制的常見形式：改變反射面與光纖端面之間的距離；改變反射面的面積。

2.5 傳感探針型光纖溫度傳感器

這類光纖傳感器，光纖僅起傳輸光信號的作用，而且沒有敏感元件，光纖直接傳輸被測對象的輻射或散射信號。
光纖輻射溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是非接觸測量，相應(yīng)速度快，在冶金、窯爐、渦輪發(fā)動機(jī)燃?xì)獾雀邷貦z測中得到廣泛的應(yīng)用。

相位調(diào)制型光纖傳感器

3.1 相位調(diào)制的原理


3.2 光纖加速度傳感器

光相位的變化與加速度成正比，利用光學(xué)干涉測量技術(shù)就可測出加速度。這種光纖加速度傳感器的靈敏度極高。

3.3 光纖陀螺

偏振態(tài)調(diào)制光纖電流傳感器

4.1 法拉第效應(yīng)


4.2 偏振態(tài)調(diào)制光纖電流傳感器

分布式光纖傳感器——（頻率調(diào)制）光纖光柵傳感器

5.1 光時域分布式光纖傳感器的工作原理

5.2 光纖光柵傳感器

作業(yè)

• 試述光纖傳感器有哪幾種分類方法，各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

1）按纖芯和包層材料性質(zhì)分：玻璃光纖、塑料光纖、石英光纖。
2）折射率分：階躍折射率型、梯度折射率型、特種光纖。
3）按模式分：單模光纖、多模光纖。
單模——優(yōu)點(diǎn)是光在單模光纖中傳播時，光的屬性（光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)、波長）衰減少甚至不改變，所以可以用作光纖傳感器的敏感元件，有更好的線性、靈敏度和動態(tài)范圍；缺點(diǎn)是單模光纖纖芯很細(xì)，光耦合困難、損失大，對制造工藝要求比較高。
多模——優(yōu)點(diǎn)是芯徑大，光耦合容易、損失小；缺點(diǎn)是模式多，導(dǎo)致接收端合成信號的畸變。

• 計算 n1 = 1.46, n2 = 1.45 的階躍光纖的數(shù)值孔徑NA值；如果外部的n0 = 1，求光纖的臨界入射角。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的物联网传感技术——光纤传感器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。