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光纤传感器基本构成及原理

       1.光纤传感器由光源、入射光纤、输出光纤、光调制器、光探测器和解调器组成。其基本原理是将光源发出的光通过入射光纤送入调制区域,光与调制区域中的外部测量参数相互作用,导致光的光学特性(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生,它变化成为调制信号光,然后通过出射光纤发送到光探测器和解调器以获得测量参数。



  2.光纤传感器根据传感原理可分为两类:一类是光传输型(非功能性)传感器,另一类是传感型(功能性)传感器。在传光型光纤传感器中,光纤仅作为光的传输介质,对被测信号的感受是由其他敏感元件完成的。在这种传感器中,出射光纤和入射光纤是不连续的,它们之间的距离为。调制器是对光谱或其他性质的变化敏感的敏感元件。在传感型光纤传感器中,光纤既具有对被测信号的敏感性,又具有光信号的传输能力,它将信号的“传感”和“传输”合二为一,因此这类传感器中的光纤是连续的。


  3.由于光纤在这两种传感器中所扮演的角色不同,因此对光纤的要求也不同。在传光型传感器中,光纤仅起到传输光的作用。通信光纤甚至普通多模光纤都可以满足要求,敏感元件可以灵活地采用优质材料制成,因此这类传感器的灵敏度可以很高,但需要更多的光耦合器件,结构也更复杂;传感型光纤传感器的结构比较简单,可以使用较少的耦合器件,但对光纤的要求较高,往往需要采用测量信号灵敏、传输特性好的特种光纤。到目前为止,在实际中大多采用前者,但随着光纤制造技术的提高,传感光纤传感器也将得到广泛应用。


  根据光纤中光调制原理的不同,光纤传感器可分为:强度调制型、相位调制型、偏振调制型、频率调制型、波长调制型等。到目前为止,光纤传感器可以测量70多个物理量。


  延伸阅读:


  光纤传感器的特点主要有以下几点:


  1.灵敏度高:光纤传感器由于其光的干涉、衍射、吸收等物理效应,可以检测微小的物理量(如应变、温度、压力、磁场、声波、振动等)。

  2.几何形状适应性强:光纤可以成型为任意形状和长度,使得光纤传感器适用于各种复杂环境和空间布局,特别适合监测狭小空间或曲面结构。

  3.电磁干扰免疫:光纤传输的是光信号而不是电信号,因此具有优异的抗电磁干扰性能,特别适合高压、强电磁场环境下的测量。

  4.远程监控能力:利用光纤远距离传输信息的能力,光纤传感器可以采集并传输远距离数据,实现遥测功能。

  5.安全、耐腐蚀:光纤采用非金属材料制成,具有良好的绝缘性和耐腐蚀性,能在恶劣的化学环境或易燃易爆环境中安全稳定工作。

  6.多个参数同时测量:通过在光纤中引入不同类型的敏感元件,可以实现多个物理参数的同时测量。

  7.体积小、重量轻:光纤传感器体积小、重量轻,易于集成到设备中。

  8.带宽低损耗:现代光纤技术可以提供极低的传输损耗和较大的频率响应范围,适合高速动态信号的检测。

  9.柔韧性好:光纤本身具有良好的柔韧性,可以弯曲、扭曲,便于在复杂的机械结构中敷设。


  综上所述,光纤传感器以其独特的优势,已广泛应用于工业自动化、航空航天、土木工程、生物医学、环境监测等领域。


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