1、光纖傳感器的工作原理

光纖傳感器的工作原理?光纖傳感器的基本工作原理是：首先將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)以及進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用之后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生一定的變化。

光纖傳感器的工作原理

光纖傳感器是一種利用光學(xué)原理來(lái)檢測(cè)物理量的傳感器。它采用光纖作為傳感元件，將光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸?shù)綑z測(cè)端，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量。光纖傳感器具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)、軍事和醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

光纖傳感器的工作原理基于光纖的傳輸特性和光學(xué)傳感技術(shù)。通常，光纖傳感器由光源、光纖、檢測(cè)器和信號(hào)處理器等組成。光源產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸?shù)綑z測(cè)端，由檢測(cè)器接收后將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)信號(hào)處理器進(jìn)行分析處理，得出被測(cè)物理量的數(shù)值。

在光纖傳感器中，光纖的傳輸特性對(duì)測(cè)量精度和可靠性起著關(guān)鍵作用。光纖的傳輸特性受到光纖材料、光纖結(jié)構(gòu)和光源等因素的影響。光纖材料一般采用石英玻璃或塑料，其折射率和衰減系數(shù)決定了光信號(hào)的傳輸速度和衰減程度。光纖的結(jié)構(gòu)包括單模光纖和多模光纖，其內(nèi)部的光線傳輸方式不同，對(duì)于不同的應(yīng)用需求可以選擇不同類型的光纖。光源的選擇也會(huì)對(duì)光纖傳輸特性產(chǎn)生影響，如光源波長(zhǎng)和功率等參數(shù)會(huì)影響光信號(hào)的傳輸距離和強(qiáng)度。

除了光纖傳輸特性，光學(xué)傳感技術(shù)也是光纖傳感器的關(guān)鍵之一。光學(xué)傳感技術(shù)利用光信號(hào)的干涉、散射、吸收等現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量。例如，光纖陀螺儀利用光信號(hào)的干涉原理來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度;光纖溫度傳感器利用光纖材料的熱致散射效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度;光纖壓力傳感器利用光纖的壓力敏感性來(lái)測(cè)量壓力等。

光纖傳感器對(duì)比傳統(tǒng)傳感器的優(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，l℃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，同一根光纖可以傳輸多路信號(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。

光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)

1、電絕緣性能好，安全可靠：光纖本身是由電介質(zhì)構(gòu)成的，適宜于在易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中使用。

2、抗電磁干擾：一般電磁輻射的頻率比光波低許多，所以在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁干擾的影響。

3、體積小、重量輕，幾何形狀可塑。

4、傳輸損耗小，傳輸容量大：可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測(cè)和多點(diǎn)分布式測(cè)量

5、耐腐蝕，化學(xué)性能穩(wěn)定：由于制作光纖的材料——石英具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此光纖傳感器適宜于在較惡劣環(huán)境中使用。

6、傳感器端無(wú)需供電，是無(wú)源器件，將傳輸與傳感集合到一體。

光纖傳感器選型方法

1、根據(jù)測(cè)量對(duì)象和環(huán)境確定類型

要認(rèn)真分析測(cè)量工作，考慮采用哪種原理的傳感器進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)榧词箿y(cè)量同一物理量，也可以通過(guò)不同的原理實(shí)現(xiàn)。其次就得考慮量程、體積(空間是否足夠)、安裝方式、信號(hào)類型(模擬還是數(shù)字信號(hào))、測(cè)量方式(直接測(cè)量還是間接測(cè)量)等等。

2、光纖傳感器精度

傳感器的精度等級(jí)關(guān)乎到整個(gè)系統(tǒng)精度，是一個(gè)非常重要的參數(shù)。一般，精度越高，價(jià)格越貴。所以我們選擇的時(shí)候，得從整體考慮，適合自己的才是最好的，不要一味追求所謂的高精度，除非在需要定量測(cè)量精確值的場(chǎng)合，我們才選用精度等級(jí)高些的傳感器。

3、靈敏度的選擇

靈敏度指輸出量的增量與相應(yīng)的輸入量增量之比。我們得正確認(rèn)識(shí)該參數(shù)，它分為兩方面：1、在線性范圍內(nèi)，靈敏度高，輸出信號(hào)值比較大，這是優(yōu)點(diǎn)。2、靈敏度高，與測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，在處理過(guò)程中，影響精度。

4、線性范圍

線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍，所以我們都希望線性范圍越寬越好，線性范圍越寬，量程就大，精度就高。但是任何傳感器的線性范圍都是相對(duì)的。我們只需要把測(cè)量量估算好，以便在線性范圍內(nèi)。

5、頻率響應(yīng)特性

在測(cè)量過(guò)程中，傳感器的輸出總有一定的延遲，跟實(shí)際值也有一定的差別。所以我們希望頻率響應(yīng)快一點(diǎn)，這樣延遲時(shí)間就短一點(diǎn)。但由于受到結(jié)構(gòu)等特性的影響，頻率也難以提高。

6、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性指使用時(shí)間長(zhǎng)了以后，其性能還能維持不變的能力。影響穩(wěn)定性的因素除自身原因外，主要是環(huán)境因素。因此，選用的傳感器要具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候還得采取保護(hù)措施。

光纖傳感器的分類

光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化，成為被調(diào)制的信號(hào)光，在經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。

光纖傳感器按傳感原理可分為功能型和非功能型。功能型光纖傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件，所以也稱傳感型光纖傳感器或全光纖傳感器。非功能型光纖傳感器是利用其他敏感元件感受被測(cè)量的變化，光纖僅作為傳輸介質(zhì)，傳輸來(lái)自遠(yuǎn)處或難以接近場(chǎng)所的光信號(hào)，所以也稱為傳光型傳感器或混合型傳感器。

光纖傳感器按被調(diào)制的光波參數(shù)不同又可分為強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器、相位調(diào)制光纖傳感器、頻率調(diào)制光纖傳感器、偏振調(diào)制光纖傳感器和波長(zhǎng)(顏色)調(diào)制光纖傳感器。光纖傳感器按被測(cè)對(duì)象的不同，又可分為光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖濃度傳感器、光纖電流傳感器、光纖流速傳感器等。

2、光纖傳感器由那兩部分組成

光纖傳感器由光源、光纖和光探測(cè)器組成。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測(cè)參數(shù)的相互作用， 使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號(hào)。

經(jīng)過(guò)光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。整個(gè)過(guò)程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過(guò)調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。

特點(diǎn)：

一、靈敏度較高；

二、幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；

三、可以制造傳感各種不同物理信息（聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件；

四、可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環(huán)境；

五、而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性。

光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)，具有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)，有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，非侵入性，高靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。

3、光纖傳感器一般由三部分組成

光纖傳感器一般由三個(gè)基本組成部分組成：

1. 光源：光源發(fā)出光信號(hào)，常見(jiàn)的有激光二極管（LD）和發(fā)光二極管（LED）等。

2. 光纖：光纖是用于傳輸光信號(hào)的光學(xué)導(dǎo)纖。根據(jù)傳感器測(cè)量方式的不同，可采用單纖和多纖結(jié)構(gòu)。

3. 接收器：接收器用于接收光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。接收器通常配合光電探測(cè)器、光電二極管等光電元器件使用。

當(dāng)光線穿過(guò)光纖時(shí)，由于光纖的折射原理，光線會(huì)在纖芯和包層之間反射，形成多種不同形式的光纖傳感現(xiàn)象，例如失配損耗、反射損耗、返波損耗、散射等。通過(guò)對(duì)光纖傳感現(xiàn)象的分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖傳感器所測(cè)量參數(shù)的確定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量目的。 光纖傳感器已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化、化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，

4、光纖傳感器位移的方向與電壓變化的關(guān)系

光纖傳感器是一種利用光纖作為傳感元件，通過(guò)光纖的變化來(lái)檢測(cè)物理量的傳感器。在光纖傳感器中，位移傳感是其中一種常見(jiàn)的應(yīng)用，其原理是通過(guò)測(cè)量光纖長(zhǎng)度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量。光纖傳感器測(cè)量位移時(shí)，通過(guò)將光纖固定在被測(cè)物體上，當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，光纖的長(zhǎng)度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。這種變化可以通過(guò)光纖中光的傳輸特性進(jìn)行檢測(cè)，通常使用光纖傳感器的檢測(cè)光纖光強(qiáng)的變化來(lái)獲得位移量。在光纖傳感器中，位移的方向與電壓變化的關(guān)系可以根據(jù)具體的傳感器類型和測(cè)量方式來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，光纖傳感器的位移測(cè)量輸出信號(hào)通常為電壓信號(hào)或電流信號(hào)，具體的變化方向與位移方向的關(guān)系需要根據(jù)具體的傳感器類型和測(cè)量方式來(lái)確定。在某些光纖傳感器中，位移方向與電壓變化方向成正比，即當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，輸出電壓也同時(shí)隨之變化，并且變化的方向與位移方向相同。在另一些光纖傳感器中，位移方向與電壓變化方向成反比，即當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，輸出電壓的變化方向與位移方向相反。需要根據(jù)具體的傳感器型號(hào)和應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)確定光纖傳感器的位移方向與電壓變化的關(guān)系。