【導(dǎo)讀】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(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。以下將介紹光纖傳感器的原理及特點(diǎn)。
光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調(diào)制器、光探測(cè)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(cè)參數(shù)相互作用,使的光學(xué)性質(zhì)(如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號(hào)光,再經(jīng)出射光纖送入光探測(cè)器、解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù)。
光纖傳感器按傳感原理可分為兩類(lèi):一類(lèi)是傳光型(非功能型)傳感器,另一類(lèi)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(duì)被測(cè)信號(hào)的感覺(jué)是靠其它敏感元件來(lái)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(duì)被測(cè)信號(hào)的敏感及光信號(hào)的傳輸作用,將信號(hào)的“感”和“傳”合而為一,因此這類(lèi)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(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)，因此這類(lèi)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(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單,可少用一些耦合器件,但對(duì)光纖的要求較高,往往需采用對(duì)被測(cè)信號(hào)敏感、傳輸特性又好的特殊光纖。目前為止,實(shí)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(qiáng)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(zhǎng)調(diào)制型等。迄令為止,光纖傳感器能夠測(cè)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
（1）靈敏度高
由于光是一種波長(zhǎng)極短的電磁波,通過(guò)光的相位便得到其光學(xué)長(zhǎng)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(jī)械外力的作用或溫度變化時(shí)其光學(xué)長(zhǎng)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(cè)出的最小相位變化為0.01ard,那么所能測(cè)出的最小溫度變化為l0℃,可見(jiàn)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(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。
（3）測(cè)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(cè)量。對(duì)雷達(dá)等信號(hào)的分析要求具有極高的檢測(cè)速率，應(yīng)用電子學(xué)的方法難以實(shí)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(cè)信號(hào)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(hào)。
（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(cè)量對(duì)象廣泛、復(fù)用性好、成本低等特點(diǎn)。
