美國(guó)PCBMEMS/DC響應(yīng)加速度傳感器
美國(guó)PCBMEMS/DC響應(yīng)加速度傳感器
光纖傳感器
光纖傳感器是一種將被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的傳感器。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),再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測(cè)參數(shù)。整個(gè)過程中,光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入,通過調(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。 [1]
中文名 光纖傳感器 外文名 fibre optic sensor 直 徑 125 μm 壓力范圍 ±300 mmHg 決 心 <0.4 mmHg 零熱效應(yīng) 0.4 mmHg / °C 運(yùn)行溫度 10 – 50°C 特 點(diǎn) 安裝簡(jiǎn)單,電路連接更簡(jiǎn)單容易
用于對(duì)機(jī)械和設(shè)備的控制和保護(hù),這些設(shè)計(jì)*、功能強(qiáng)大的產(chǎn)品可確保各個(gè)行業(yè)(冶金、農(nóng)業(yè)、食品、汽車、化學(xué)、制藥、建筑材料、公共建設(shè)工程等)和基礎(chǔ)設(shè)施(如水處理、機(jī)場(chǎng)、港口、電站、隧道等)各個(gè)流程的ZUIJIA生產(chǎn)率、靈活性、安全性和可監(jiān)控性。
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正弦波編碼器
正弦波編碼器也屬于增量式編碼器,主要的區(qū)別在于輸出信號(hào)是正弦波模擬量信號(hào),而不是數(shù)字量信號(hào)。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要-用作電動(dòng)機(jī)的反饋檢測(cè)元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上,人們需要提高動(dòng)態(tài)特性時(shí)可以采用這種編碼器。
為了保證良好的電機(jī)控制性能,編碼器的反饋信號(hào)必須能夠提供大量的脈沖,尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時(shí)候,采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖,從許多方面來(lái)看都有問題,當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)(6000rpm)時(shí),傳輸和處理數(shù)字信號(hào)是困難的。在這種情況下,處理給伺服電機(jī)的信號(hào)所需帶寬(例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000)將很容易地超過MHz門限;而另一方面采用模擬信號(hào)大大減少了上述麻煩,并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信號(hào)的內(nèi)插法,它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計(jì)算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加,例如可從每轉(zhuǎn)1024個(gè)正弦波編碼器中,獲得每轉(zhuǎn)超過1000,000個(gè)脈沖。接受此信號(hào)所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內(nèi)插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。
目錄
1 發(fā)展方向
2 原理
3 性能
4 特點(diǎn)
5 分類
? 功能型
? 非功能光纖型
? 布拉格光柵
? 傳光型光纖
6 應(yīng)用
7 案例
? 土木工程領(lǐng)域
? 檢測(cè)技術(shù)
? 石油工業(yè)
? 溫度測(cè)量
? 楊氏模量
8 環(huán)境分析
9 行業(yè)分析
10 組成結(jié)構(gòu)
11 發(fā)展前景
發(fā)展方向編輯
傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中,光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:具有抗電磁和原子輻射干擾的性能,徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū)),或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū)),起到人的耳目的作用,而且還能超越人的SHENGLI界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
特點(diǎn)
1、因反射體中使用了棱鏡,所以與通用的反射型光控傳感器器相比,其檢測(cè)性能更高、更可靠
2 、與分離式光控傳感器相比,電路連接更簡(jiǎn)單容易。
3、 子母扣嵌入式的設(shè)計(jì),安裝更為簡(jiǎn)單
用途
1、用于DIANHUA、網(wǎng)絡(luò)寬帶等數(shù)字型號(hào)傳輸。
2、用于自動(dòng)售貨機(jī)、金融終端有關(guān)的設(shè)備、點(diǎn)鈔機(jī)的ZHIBI、卡、硬幣、存折等的通過情況
3、用于自動(dòng)化設(shè)備上產(chǎn)品定位、計(jì)數(shù)、識(shí)別。 [2]
原理編輯
光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過光纖送入調(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,稱為被調(diào)制的信號(hào)光,再利用被測(cè)量對(duì)光的傳輸特性施加的影響,完成測(cè)量。
光纖傳感器的測(cè)量原理有兩種。
(1)物性型光纖傳感器原理,物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性,將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng),即光纖在外界環(huán)境因素,如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等等改變時(shí),其傳光特性,如相位與光強(qiáng),會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。
因此,如果能測(cè)出通過光纖的光相位、光強(qiáng)變化,就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類傳感器又被稱為敏感元件型或功能型光纖傳感器。激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波,經(jīng)分光器分為兩路,一為基準(zhǔn)光路,另一為測(cè)量光路。外界參數(shù)(溫度、壓力、振動(dòng)等)引起光纖長(zhǎng)度的變化和相位的光相位變化,從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋,對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù),就可測(cè)量溫度或壓等。
(2)結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理,結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件(敏感元件)與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì),所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。 [2]
性能編輯
光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:具有抗電磁和原子輻射干擾的性能,徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達(dá)不到的地方,或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū)),起到人的耳目的作用,而且還能超越人的SHENGLI界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。 [2]
特點(diǎn)編輯
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*的優(yōu)點(diǎn)。電絕緣性能好,抗電磁*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。
傳感器朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展,它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū)或者對(duì)人有害的地區(qū),如核輻射區(qū)),起到人的耳目作用,而且還能超越人的SHENGLI界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。 [2]
分類編輯
根據(jù)光受被測(cè)對(duì)象的調(diào)制形式可以分為:強(qiáng)度調(diào)制型、偏振態(tài)制型、相位制型、頻率制型;
根據(jù)光是否發(fā)生干涉可分為:干涉型和非干涉型;
根據(jù)是否能夠隨距離的增加連續(xù)地監(jiān)測(cè)被測(cè)量可分為:分布式和點(diǎn)分式;
根據(jù)光纖在傳感器中的作用可以分為:一類是功能型(Functional Fiber,縮寫為FF)傳感器,又稱為傳感型傳感器; 另一類是非功能型(Non Functional Fiber縮寫為NFF),又稱為傳光型傳感器。 [3]
功能型
功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件, 被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制, 使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化, 再通過對(duì)被調(diào)制過的信號(hào)進(jìn)行解調(diào), 從而得出被測(cè)信號(hào)。
光纖在其中不僅是導(dǎo)光媒質(zhì),而且也是敏感元件,光在光纖內(nèi)受被測(cè)量調(diào)制,多采用多模光纖。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高。
缺點(diǎn):須用特殊光纖,成本高,
典型例子:光纖陀螺、光纖水聽器等。 [3]
非功能光纖型
非功能型光纖傳感器是利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化, 光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì),常采用單模光纖。
光纖在其中僅起導(dǎo)光作用,光照在光纖型敏感元件上受被測(cè)量調(diào)制。
優(yōu)點(diǎn):光纖即可用于電氣隔離,有用于數(shù)據(jù)傳輸,且光纖傳輸?shù)男盘?hào)不受電磁干擾的影響。
實(shí)用化的大都是非功能型的光纖傳感器。AnyWay的變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器、變頻功率傳感器(一種電壓、電流組合式傳感器)就屬于非功能型的光纖傳感器,在復(fù)雜電磁環(huán)境下的電量測(cè)量中,有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。
光纖傳感器是ZUI近幾年出現(xiàn)的新技術(shù),可以用來(lái)測(cè)量多種物理量,比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等,還可以完成現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)難以完成的測(cè)量任務(wù)。在狹小的空間里,在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里,光纖傳感器都顯示出了*的能力。光纖傳感器有70多種,大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。
所謂光纖自身的傳感器,就是光纖自身直接接收外界的被測(cè)量。外接的被測(cè)量物理量能夠引起測(cè)量臂的長(zhǎng)度、折射率、直徑的變化,從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹?、相位、頻率、偏振等方面發(fā)生變化。測(cè)量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉(比較),使輸出的光的相位(或振幅)發(fā)生變化,根據(jù)這個(gè)變化就可檢測(cè)出被測(cè)量的變化。光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高,利用干涉技術(shù)能夠檢測(cè)出10的負(fù)4次方弧度的微小相位變化所對(duì)應(yīng)的物理量。利用光纖的繞性和低損耗,能夠?qū)⒑荛L(zhǎng)的光纖盤成直徑很小的光纖圈,以增加利用長(zhǎng)度,獲得更高的靈敏度。
光纖聲傳感器就是一種利用光纖自身的傳感器。當(dāng)光纖受到一點(diǎn)很微小的外力作用時(shí),就會(huì)產(chǎn)生微彎曲,而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是一種機(jī)械波,它對(duì)光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲,通過彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種,與激光陀螺相比,光纖陀螺靈敏度高,體積小,成本低,可以用于飛機(jī)、艦船、DAODAN等的高性能慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。如圖就是光纖傳感器渦輪流量計(jì)的原理。 [3]
布拉格光柵
光纖布拉格光柵傳感器的工作原理
光纖布拉格光柵傳感器的工作原理
光纖布拉格光柵傳感器(FBS)是一種使用頻率ZUIGAO,范圍ZUI廣的光纖傳感器,這種傳感器能根據(jù)環(huán)境溫度以及/或者應(yīng)變的變化來(lái)改變其反射的光波的波長(zhǎng)。光纖布拉格光柵是通過全息干涉法或者相位掩膜法來(lái)將一小段光敏感的光纖暴露在一個(gè)光強(qiáng)周期分布的光波下面。這樣光纖的光折射率就會(huì)根據(jù)其被照射的光波強(qiáng)度而=YONGJIU改變。這種方法造成的光折射率的周期性變化就叫做光纖布拉格光柵。
當(dāng)一束廣譜的光束被傳播到光纖布拉格光柵的時(shí)候,光折射率被改變以后的每一小段光纖就只會(huì)反射一種特定波長(zhǎng)的光波,這個(gè)波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng),這種特性就使光纖布拉格光柵只反射一種特定波長(zhǎng)的光波,而其它波長(zhǎng)的光波都會(huì)被傳播。
按光纖在光纖傳感器中的作用可分為傳感型和傳光型兩種類型。
傳感型光纖傳感器的光纖不僅起傳遞光作用,同時(shí)又是光電敏感元件。由于外界環(huán)境對(duì)光纖自身的影響,待測(cè)量的物理量通過光纖作用于傳感器上,使光波導(dǎo)的屬性(光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等)被調(diào)制。傳感器型光纖傳感器又分為光強(qiáng)調(diào)制型、相位調(diào)制型、振態(tài)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型等。 [3]
傳光型光纖
傳光型光纖傳感器是將經(jīng)過被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸入光纖后,通過在輸出端進(jìn)行光信號(hào)處理而進(jìn)行測(cè)量的,這類傳感器帶有另外的感光元件對(duì)待測(cè)物理量敏感,光纖僅作為傳光元件,必須附加能夠?qū)饫w所傳遞的光進(jìn)行調(diào)制的敏感元件才能組成傳感元件。光纖傳感器根據(jù)其測(cè)量范圍還可分為點(diǎn)式光纖傳感器、積分式光纖傳感器、分布式光纖傳感器三種。其中,分布式光纖傳感器被用來(lái)檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布,可以快速無(wú)損測(cè)量結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)部或表面應(yīng)力等重要參數(shù)。用于土木工程中的光纖傳感器類型主要有Math-Zender干涉型光纖傳感器,F(xiàn)abry-pero腔式光纖傳感器,光纖布喇格光柵傳感器等。
光纖傳感器的輕巧性、耐用性和*穩(wěn)定性,使其能夠方便的應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等各種建筑材料的內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)的建筑結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)。
光纖傳感器的另外一個(gè)大類是利用光纖的傳感器。其結(jié)構(gòu)大致如下:傳感器位于光纖端部,光纖只是光的傳輸線,將被測(cè)量的物理量變換成為光的振幅,相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測(cè)提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣,使用簡(jiǎn)便,但是精度比*類傳感器稍低。
光纖在傳感器家族中是*,它憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應(yīng)用,是在生產(chǎn)實(shí)踐中值得注意的一種傳感器。
光纖傳感器憑借著其大量的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為傳感器家族的*,并且在各種不同的測(cè)量中發(fā)揮著自己獨(dú)到的作用,成為傳感器家族中*的一員。 [3]