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光纤传感器

2018-1-2 16:43:24 3331 光纤传感器

0 光纤即光导纤维。光纤技术在通讯中获得成功后，近年来在传感领域中的应用也取得了引人注目的进展。光纤多是用石英为主要原料制作的一种透明度很高的导光介质材料，其直径一般为一二百微米。它有体积小、重量轻、柔软性好、可弯曲、传送功率损耗小、绝缘性能极好等一系列优点；在高电压、强磁场、有腐蚀性介质及高温高湿等环境条件下使用安全、可靠、抗干扰性强，现已广泛用于测量压力、位移、应变、液面、速度、温度、磁场、电流、电压等物理量，是一种很有发展前途的新型传感器光纤的工作原理基于光的全反射。光纤的芯层折射率为ｎ１，在光纤芯层外面，有一折射率为ｎ２的包层，且ｎ１＞ｎ２，当光信号在光纤内传输时，调节光源的发射角度，使得光束以大于临界角的角度，从芯层射向包层（见图４．６０）。根据光学原理，光线将在界面全反射。全反射的光束在另一界面再次全反射，如此逐次反复，光信号以不损失功率的形式沿光纤向前传输，即是光纤的原理。光纤传感器可按光纤在传感器中的作用分为两种基本类型：结构型（记为ＮＦ）和物性型（记为ＦＦ）。在结构型光纤传感器中，光纤仅作为光的传输媒介，光纤和光信号不发生任何变化。而在物性型光纤传感器中，光纤在被测物理量的作用下，光纤本身及其所传输的光信号的某些特性发生变化。因此光纤不仅仅作为光信号的传输媒介，而且，光纤本身也同时作为敏感元件。下面举例说明这两种传感器的应用。１．用于位移测量的光纤传感器如图４．６１所示，光纤做成一特殊形状，光在该光纤中，入射光和反射光的通道是分开的，入射光通过光纤射到被测物体后，随着被测物体距光纤的距离不同，进入光纤反射通道中的反射光强会有不同（见图４．６２）。测定反射光的强度，就能测知被测物体的位置。在此测量系统中，光纤只起光传导作用，因此，它属结构型。２．光纤磁场传感器如图４．６３所示，从激光器发出的激光，用分束器分成两束光：一束光通入不变化的光纤，此光纤称为参考光纤；另一束光射入一个变化的光纤，它表面涂有磁致伸缩材料。当它放入磁场中时磁致伸缩材料就要伸长或缩短，迫使光纤的长度发生变化。光束在这根光纤中传输的长度要随磁场强弱发生变化，其间传输的光的特性也要变化。光通过这两根光束后再汇合在一起，并产生干涉，测量这种干涉，便能测出磁场的大小。在这个测量系统中，光纤不只起传输的作用，它还要随磁场的强弱发生长度变化，因此，这是一种物性型传感器。购线网：gooxian.com 1
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