偏振調(diào)制光纖傳感器,這是一種利用光的偏振態(tài)的變化傳遞被測(cè)對(duì)象信息的傳感器。常見(jiàn)的有利用光在磁場(chǎng)媒質(zhì)內(nèi)傳播的法拉第效應(yīng)做成的電流、磁場(chǎng)傳感器,利用光在電場(chǎng)中的壓電晶體內(nèi)傳播的泡克爾斯效應(yīng)做成的電場(chǎng)、電壓傳感器,利用物質(zhì)的光彈效應(yīng)構(gòu)成的壓力、振動(dòng)或聲傳感器,以及利用光纖的雙折射性構(gòu)成溫度、壓力、振動(dòng)等傳感器。這類傳感器可以避免光源強(qiáng)度變化的影響,靈敏度高。
高靈敏度。高靈敏度是光學(xué)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)之一。利用光作用為信息載體的光纖傳感器的靈敏度很高,它是某些精密測(cè)量與控制的的工具。
電絕緣。因?yàn)楣饫w本身是電介質(zhì),而且敏感元件也可用電介質(zhì)材料制作,因此光纖傳感器具有良好的電絕緣性,特別適用于高壓供電系統(tǒng)及大容量電機(jī)的測(cè)試。
非功能型(或稱傳光型)光纖傳感器。如圖4.4.5(b)所示,光纖在其中僅起導(dǎo)光作用,光照在光纖型敏感元件上受被測(cè)量調(diào)制。此類光纖傳感器無(wú)須特殊光纖及其他特殊技術(shù),比較容易實(shí)現(xiàn),成本低,但靈敏度也較低,應(yīng)用于對(duì)靈敏度要求不太高的場(chǎng)合。目前,已實(shí)用化或尚在研制中的光纖傳感器,大多是非功能型的。
功能型(全光纖型)光纖傳感器。如圖4.4.5(a)所示,光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì),而且也是敏感元件,光在光纖內(nèi)受被測(cè)量調(diào)制。此類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高,但是,它需用特殊光纖的檢測(cè)技術(shù),因此成本高。其典型例子如光纖陀螺、光張水聽(tīng)器等。
光纖傳感器可分為以下4種不同的調(diào)制形式。
拾光型光纖傳感器。如圖4.4.5(c)所示,用光纖作為探頭,接收由被測(cè)對(duì)象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如:光纖激光多普勒速度計(jì)、輻射式光纖溫度傳感器等。
抗電磁干擾。這是光纖測(cè)量及光纖傳感器的極其的性能特征,因此光纖傳感器特別適用于高壓大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)噪聲、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境中,能解決許多傳統(tǒng)傳感器無(wú)法解決的問(wèn)題。
根據(jù)光受被測(cè)對(duì)象的調(diào)制形式分類
強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器,這是一種利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化,而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化實(shí)現(xiàn)敏感測(cè)量的傳感器。常見(jiàn)的利用光纖的微彎損耗,各種物質(zhì)的吸收特性,振動(dòng)膜或液晶的反射光強(qiáng)度的變化,物質(zhì)因各種粒子射線 或化學(xué)、機(jī)械的激勵(lì)而發(fā)光的現(xiàn)象,以及物質(zhì)的熒光輻射或光路的遮斷等構(gòu)成壓力、振動(dòng)、位移、氣體等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。這類光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、成本低。其缺點(diǎn)是受光源強(qiáng)度的波動(dòng)和連接器損耗變化等的影響較大。
光纖傳感器的特點(diǎn)
非侵入性。由于傳感器頭可做成電絕緣的,而且其體積可以做得很?。ㄗ钚】勺龅街簧源笥诠饫w的芯徑),因此它不僅對(duì)電磁場(chǎng)是非侵入式的,而且對(duì)速度場(chǎng)也是非侵入式的,故對(duì)被測(cè)場(chǎng)的不產(chǎn)生干擾。這對(duì)于弱電磁場(chǎng)及小管道內(nèi)流速、流量等的監(jiān)測(cè)特別具有實(shí)用價(jià)值。
容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。由于光纖的傳輸損耗很?。壳笆⒉A倒饫w的最小光損耗可低達(dá)0.16dB/km),因此光纖傳感器技術(shù)與遙測(cè)技術(shù)相結(jié)合,很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)場(chǎng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控,這對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制及對(duì)核輻射、易燃、易爆氣體和大氣污染等進(jìn)行監(jiān)測(cè)尤為重要。
頻率調(diào)制光纖佑,這是一種利用由被測(cè)對(duì)象引起的光頻率的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的傳感器。通常有利用運(yùn)動(dòng)物體反射光和散射光的多普勒效應(yīng)的光纖速度、流速、振動(dòng)、壓力、加速度傳感器,利用物質(zhì)受強(qiáng)光照射時(shí)的喇曼散射構(gòu)成的測(cè)量氣體濃度或監(jiān)測(cè)大氣污染的氣體傳感器,以及利用光致發(fā)光的溫度傳感器等。
相位調(diào)制傳感器,其基本原理是利用被測(cè)對(duì)象對(duì)敏感元件的作用,使敏感元件的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化,而導(dǎo)致光的相位變化,然后用干涉儀檢測(cè)這種相位變化而得到被測(cè)對(duì)象的信息。通常有:利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器,利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器,利用電致伸縮的電場(chǎng)、電壓傳感器,以及利用Sagnac效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器(光纖陀螺)等。這類傳感器的靈敏度很高,但由于需用特殊光纖及高精度檢測(cè)系統(tǒng),因此成本很高。


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