傳感器是感知、檢測、監控和轉換信息的重要技術手段,而光纖傳感器是一種集光學和電子學于一體的新型傳感器。
光纖傳感器是利用光導纖維的傳光特性將測量轉換為光特性(強度、相位、偏振、頻率、波長)的傳感器。它是光源光通過光纖進入調制器,使測量參數與進入調制區的光相互作用,導致光學性質(如光強度、波長、頻率、相位、正態等)的變化,稱為調制信號光,光纖進入光探測器,解決調整后,獲得測量參數。
與以往的傳感器不同,光纖傳感器以光信號的形式取出被測信號的狀態。光信號不僅可以直接感知,還可以使用光電、電光轉換等小型簡單元件,容易匹配一些電子組裝;光纖不僅是一種敏感元件,而且是一種優良的低損耗傳輸線。因此,光纖傳感器也可用于傳統傳感器不適用的遠程測量。
光纖傳感包括兩種功能:對外部信號(測量)的感知和傳輸。所謂感知,是指光纖中傳輸光波的物理特征參數,如強度(功率)、波長、頻率、相位和偏振。測量光參數的變化意味著感知外部信號的變化。這種感知本質上是對光纖中傳光波的外部信號的調制。所謂的傳輸是指光纖將由外部信號調制的光波傳輸到光探測器進行檢測,從光波中提取外部信號,并根據需要進行數據處理,即調整。
因此,光纖傳感技術包括調制和解調技術,即外部信號(測量)如何調制光纖中光波參數的調制技術(或加載技術),以及如何從調制光波中提取外部信號(或測試技術)。
光纖傳感器的基本原理
光纖(OpticalFiber)它是光纖的縮寫。光纖的主要成分是二氧化硅,由折射率高、折射率低的包層和保護層組成。纖維芯直徑約為0.1mm 左右細玻璃絲將光關閉并沿軸向傳播。光纖傳感器的發現起源于探測光纖外部干擾的實踐。在實踐中,人們發現,當光纖受到外部環境的變化時,光纖內部傳輸光波參數的變化會導致光纖內部傳輸光波參數的變化,這與外部因素形成一定的規律,從而發展光纖傳感技術。
光纖對許多外部參數有一定的敏感作用。研究光纖傳感原理是研究如何應用光纖,研究光在調制區與外部測量參數的相互作用,實現外部測量參數“傳”和“感”這是光纖傳感器的核心。
在光通信系統中,光纖被用作遠程傳輸光波信號的媒介。顯然,在這種應用中,光纖傳輸的光信號受到外部干擾越小越好。然而,在實際的光傳輸過程中,光纖容易受到外部環境因素的影響,如溫度、壓力、電磁場等外部條件的變化,這將導致光強、相位、頻率、偏振、波長等光纖光波參數的變化。因此,人們發現,如果能測量光波參數的變化,就能知道導致光波參數變化的各種物理量的大小,從而產生光纖傳感技術。光纖傳感技術是利用光纖對某些物理量的敏感特性,將外部物理量轉換為可直接測量的信號的技術。由于光纖不僅可以作為光波的傳播媒介,而且由于外部因素(如溫度、壓力、應變、電場、位移、旋轉等),光纖也可以作為傳感元素(振幅、相位、偏振態、波長等)。
上圖是光纖傳感器的原理結構圖。光纖傳感器通常由光源、傳感光纖、傳感元件或調制區、光檢測等組成。光強、波長、振幅、相位、偏振態、模式分布等參數可能受到光纖傳輸的外部影響,特別是溫度、壓力、加速度、電壓、電流、位移、振動、旋轉、彎曲、應變、化學量和生物化學量的影響。光纖傳感器根據這些參數與外部因素之間的變化來檢測相應的物理量。
光纖傳感器的特點
光電傳感器
光電傳感器利用被檢測對象對光束的屏蔽或反射,通過同步電路選擇電路,以檢測對象是否存在。物體不限于金屬,所有能反射光的物體都可以檢測到。光電開關將輸入電流轉換為發射器上的光信號,然后根據接收到的光的強度或目標對象進行檢測。光電工業被廣泛應用OEM行業應用56%,項目型行業應用44%。
光纖傳感器
它是隨著光導纖維的實用性和光通信技術的發展而形成的一項新技術。與各種傳統傳感器相比,光纖傳感器具有靈敏度高、耐電磁干擾強、耐腐蝕、絕緣性好、結構簡單、體積小、功耗低、光路靈活、遙測方便等特點,是傳感器家族中非常年輕的一員。它具有抗電磁干擾、輕、靈敏度高的強大優點,近年來發展迅速。幾年前,日本傳感器制造商長期以來一直處于光纖傳感器市場的主導地位。隨著經濟的發展和競爭,光纖傳感器技術在中國已經成熟,國內光纖傳感器在市場競爭中的份額越來越大。光纖傳感器廣泛應用于包裝機械、電子設備制造和印刷機械中。