光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測器以及解調(diào)制器組成。基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送人調(diào)制區(qū),光在調(diào)制區(qū)內(nèi)與外界被測參數(shù)相互作用,使的光學(xué)性質(zhì)(如強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號光,再經(jīng)出射光纖送入光探測器、解調(diào)器而獲得被測參數(shù)。
光纖傳感器按傳感原理可分為兩類:一類是傳光型(非功能型)傳感器,另一類是傳感型(功能型)傳感器。在傳光型光纖傳感器中,光纖僅作為光的傳輸媒質(zhì),對被測信號的感覺是靠其它敏感元件來完成的，這種傳感器中出射光纖和入射光纖是不連續(xù)的,兩者之間的調(diào)制器是光譜變化的敏感元件或其它性質(zhì)的敏感元件。
在傳感型光纖傳感器中光纖兼有對被測信號的敏感及光信號的傳輸作用,將信號的“感”和“傳”合而為一,因此這類傳感器中光纖是連續(xù)的。由于這兩種傳感器中光纖所起的作用不同,對光纖的要求也不同。
在傳光型傳感器中光纖只起傳光作用，采用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求，而敏感元件可以很靈活地選用優(yōu)質(zhì)的材料來實現(xiàn)，因此這類傳感器的靈敏度可以做得很高,但需要較多的光耦合器件,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
傳感型光纖傳感器的結(jié)構(gòu)相對來說比較簡單,可少用一些耦合器件,但對光纖的要求較高,往往需采用對被測信號敏感、傳輸特性又好的特殊光纖。目前為止,實際中大多數(shù)采用前者,但隨著光纖制造工藝的改進(jìn),傳感型光纖傳感器也必將得到廣泛的應(yīng)用。
按光在光纖中被調(diào)制的原理不同,光纖傳感器可分為:強度調(diào)制型、相位調(diào)制型、偏振態(tài)調(diào)制型、頻率調(diào)制型、波長調(diào)制型等。迄令為止,光纖傳感器能夠測定的物理量已達(dá)七十多種。
與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖傳感器具有獨特的優(yōu)點：
(1)靈敏度高
由于光是一種波長極短的電磁波,通過光的相位便得到其光學(xué)長度。以光纖干涉儀為例,由于所使用的光纖直徑很小,受到微小的機械外力的作用或溫度變化時其光學(xué)長度要發(fā)生變化,從而引起較大的相位變化
假設(shè)用10米的光纖,1℃的變化引起1000ard的相位變化,若能夠檢測出的最小相位變化為0.01ard,那么所能測出的最小溫度變化為l0℃,可見其靈敏度之高.
(2) 抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全
由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息,而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì),并且安全可靠,這使它可以方便有效地用于各種大型機電、石油化工、礦井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。
(3)測量速度快
光的傳播速度最快且能傳送二維信息,因此可用于高速測量。對雷達(dá)等信號的分析要求具有極高的檢測速率，應(yīng)用電子學(xué)的方法難以實現(xiàn)，利用光的衍射現(xiàn)象的高速頻譜分析便可解決。
(4)信息容量大
被測信號以光波為載體,而光的頻率極高,所容納的頻帶很寬,同一根光纖可以傳翰多路信號。
(5)適用于惡劣環(huán)境
光纖是一種電介質(zhì),耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾,可用于其它傳感器所不適應(yīng)的惡劣環(huán)境中。此外,光纖傳感囂還具有質(zhì)量輕、體積小、可繞曲、測量對象廣泛、復(fù)用性好、成本低等特點。
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