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卡锝电子带你解读|光纤传感器技术特点及主要应用

时间:2022-09-06浏览量:13

与传统的传感器不同,光纤优良的物理、化学、机械以及传输性能,使光纤传感器具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度很高、测量带宽很宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点,并可以构成传感网络。

先进的光纤传感器的灵敏度比传统的传感器高几个数量级,可以测量的物理量已达70多种。总结起来它具有一下几个优点:

1、精度高,响应速度快,线性特征范围宽,使用的重复性好,检测信号的信噪比高,由于现在光纤的量产化,价格低廉,可以广泛使用。

2、光纤是由电介质材料石英制成,传输的是光信号,因此安全性、可靠性好,抗电磁干扰能力强,能适应在电力、石油、化工、冶金等易燃易爆或有毒的环境条件下工作。

3、抗腐蚀,抗污染能力强,可用于温差较大的地方,时间时间老化特性优良,工作寿命长。

4、体积小,重量轻,容易安装,对被测对象环境适应能力强。

5、光纤是无源器件,自身独立性好,不会破坏被测量的状态。

6、测量对象广泛。目前已有性能不同的多种测量温度、压力、位移、速度、液面、核辐射等各种物理量、化学量、生物量等的光纤传感器。

7、便于多点复用、传输损耗小,适合于组成测量网络,实现多点实时智能化的遥测。

光纤传感器技术应用在这几个方面:

一、光纤陀螺

光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型,这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺,目前该项技术已经成熟,适合进行批量生产和商品化;第二代谐振型光纤陀螺,暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段;第三代布里渊型,它还处于理论研究阶段。

光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法:小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出,全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中,集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低,所以在高精度光纤陀螺很受欢迎,是其主要实现方法。

二、光纤光栅传感器

目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型:光强型和干涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定,而且光纤损耗和探测器容易老化;干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等,所以需要固定参考点而导致应用不方便。

目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况,其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中,光纤光栅传感器是Z理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。

三、光纤电流传感器

电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加,运行电压等级也越来越高,电流也越来越大,这样测量起来就非常困难,这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中,传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础,这就存在以下缺点:它容易爆炸以至引起灾难性事故;大故障电流会造成铁芯磁饱和;铁芯发生共振效应;频率响应慢;测量精度低;信号易受干扰;体积重量大、价格昂贵等等,已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。

四、光纤水听器

光纤水听器主要用来测量水下声信号,它通过高灵敏度的光纤相干检测,将水声信号转换为光信号,并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比,光纤水听器具有灵敏度高、响应带宽宽、不受电磁干扰等特点,广泛用于js和石油勘探、环境检测等领域,具有很大的发展潜力。

光纤水听器按原理可分为干涉型、强度型、光栅型等。干涉型光纤水听器关键技术已经逐步发展成熟,在部分领域形成产品;光纤光栅水听器则是当前研究的热点,研究的关键技术涉及光源、光纤器件、探头技术、抗偏振衰落技术、抗相位衰落技术、信号处理技术、多路复用技术以及工程技术等。

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