解读:光纤传感器的工作原理丨光电传感器的特点
2022-10-13
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解读:光纤传感器的工作原理丨光电传感器的特点

传感器是感知、检测、监控和转换信息的重要技术手段光纤传感器是一种集光学和电子学于一体的新型传感器。

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光纤传感器是利用光导纤维的传光特性将测量转换为光特性(强度、相位、偏振、频率、波长)的传感器。它是光源光通过光纤进入调制器,使测量参数与进入调制区的光相互作用,导致光学性质(如光强度、波长、频率、相位、正态等)的变化,称为调制信号光,光纤进入光探测器,解决调整后,获得测量参数。

与以往的传感器不同,光纤传感器以光信号的形式取出被测信号的状态。光信号不仅可以直接感知,还可以使用光电、电光转换等小型简单元件,容易匹配一些电子组装;光纤不仅是一种敏感元件,而且是一种优良的低损耗传输线。因此,光纤传感器也可用于传统传感器不适用的远程测量。

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光纤传感包括两种功能:对外部信号(测量)的感知和传输。所谓感知,是指光纤中传输光波的物理特征参数,如强度(功率)、波长、频率、相位和偏振。测量光参数的变化意味着感知外部信号的变化。这种感知本质上是对光纤中传光波的外部信号的调制。所谓的传输是指光纤将由外部信号调制的光波传输到光探测器进行检测,从光波中提取外部信号,并根据需要进行数据处理,即调整。

因此,光纤传感技术包括调制和解调技术,即外部信号(测量)如何调制光纤中光波参数的调制技术(或加载技术),以及如何从调制光波中提取外部信号(或测试技术)。

光纤传感器的基本原理

光纤(OpticalFiber)它是光纤的缩写。光纤的主要成分是二氧化硅,由折射率高、折射率低的包层和保护层组成。纤维芯直径约为0.1mm 左右细玻璃丝将光关闭并沿轴向传播。光纤传感器的发现起源于探测光纤外部干扰的实践。在实践中,人们发现,当光纤受到外部环境的变化时,光纤内部传输光波参数的变化会导致光纤内部传输光波参数的变化,这与外部因素形成一定的规律,从而发展光纤传感技术。

光纤对许多外部参数有一定的敏感作用。研究光纤传感原理是研究如何应用光纤,研究光在调制区与外部测量参数的相互作用,实现外部测量参数这是光纤传感器的核心。

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在光通信系统中,光纤被用作远程传输光波信号的媒介。显然,在这种应用中,光纤传输的光信号受到外部干扰越小越好。然而,在实际的光传输过程中,光纤容易受到外部环境因素的影响,如温度、压力、电磁场等外部条件的变化,这将导致光强、相位、频率、偏振、波长等光纤光波参数的变化。因此,人们发现,如果能测量光波参数的变化,就能知道导致光波参数变化的各种物理量的大小,从而产生光纤传感技术。光纤传感技术是利用光纤对某些物理量的敏感特性,将外部物理量转换为可直接测量的信号的技术。由于光纤不仅可以作为光波的传播媒介,而且由于外部因素(如温度、压力、应变、电场、位移、旋转等),光纤也可以作为传感元素(振幅、相位、偏振态、波长等)。

上图是光纤传感器的原理结构图。光纤传感器通常由光源、传感光纤、传感元件或调制区、光检测等组成。光强、波长、振幅、相位、偏振态、模式分布等参数可能受到光纤传输的外部影响,特别是温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、旋转、弯曲、应变、化学量和生物化学量的影响。光纤传感器根据这些参数与外部因素之间的变化来检测相应的物理量。

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光纤传感器的特点

光电传感器

光电传感器利用被检测对象对光束的屏蔽或反射,通过同步电路选择电路,以检测对象是否存在。物体不限于金属,所有能反射光的物体都可以检测到。光电开关将输入电流转换为发射器上的光信号,然后根据接收到的光的强度或目标对象进行检测。光电工业被广泛应用OEM行业应用56%,项目型行业应用44%

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光纤传感器

它是随着光导纤维的实用性和光通信技术的发展而形成的一项新技术。与各种传统传感器相比,光纤传感器具有灵敏度高、耐电磁干扰强、耐腐蚀、绝缘性好、结构简单、体积小、功耗低、光路灵活、遥测方便等特点,是传感器家族中非常年轻的一员。它具有抗电磁干扰、轻、灵敏度高的强大优点,近年来发展迅速。几年前,日本传感器制造商长期以来一直处于光纤传感器市场的主导地位。随着经济的发展和竞争,光纤传感器技术在中国已经成熟,国内光纤传感器在市场竞争中的份额越来越大。光纤传感器广泛应用于包装机械、电子设备制造和印刷机械中。