承德美國(guó)PCB傳感器2309-01A每日*
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熱電式傳感器
熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進(jìn)行測(cè)量的。
溫度是表征物體冷熱程度的物理量。它反映物體內(nèi)部各分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫度可以利用物體的某些物理性質(zhì)(電阻、電勢(shì)、等)隨著溫度變化的特征進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量方法按作用原理分接觸式和非接觸式。
中文名 熱電式傳感器 定 義 將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置 熱電特點(diǎn) 測(cè)量精度高,廣 熱電優(yōu)勢(shì) 信號(hào)輸出較大
目錄
1 定義
2 特點(diǎn)
3 工作原理
4 工作原理
5 基本定律
6 常用熱電偶
7 溫度補(bǔ)償
定義編輯
例如將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻、熱電動(dòng)勢(shì)、熱膨脹、導(dǎo)磁率等的變化,再通過適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路達(dá)到檢測(cè)溫度的目的。把溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的熱電式傳感器稱為熱電偶;把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的熱電式傳感器稱為熱電阻。
特點(diǎn)編輯
1、熱電偶特點(diǎn):
測(cè)量精度高:因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
測(cè)量范圍廣:常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量,某些特殊熱電偶低可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻),ZUIGAO可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。
構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便:熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來非常方便。
2、熱電阻特點(diǎn):
信號(hào)輸出較大,易于測(cè)量;
熱電阻要借助外加電源,而熱電偶可自身產(chǎn)生電勢(shì);
熱電阻的測(cè)溫反應(yīng)速度慢;
同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測(cè)溫上限高。
工作原理編輯
熱電偶是利用熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。所謂熱電效應(yīng),就是兩種不同材料的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)組成一個(gè)閉合回路,當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí),則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。由熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)包括接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。其數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的材料特性和接觸點(diǎn)的溫度。溫差電動(dòng)勢(shì)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。其產(chǎn)生的機(jī)理為:高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大,從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多,結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電,低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電,在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動(dòng)勢(shì)。
熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻廣泛用來測(cè)量-200~850℃范圍內(nèi)的溫度,少數(shù)情況下,低溫可測(cè)量至1K,高溫達(dá)1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高,作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。
工作原理編輯
熱電效應(yīng)
如右圖所示,兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A、B串接成一個(gè)閉合回路,如果兩接合點(diǎn)處的溫度不同,即T≠T0,則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢(shì),也稱熱電動(dòng)勢(shì),常用EAB(T,T0)表示。同時(shí)在回路中有一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。
幾個(gè)概念:
熱電極:閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B,稱為熱電極;
熱電偶:閉合回路中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的組合,稱為熱電耦;
工作端:兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度高的一端,稱為工作端;
參比端:兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中溫度低的一端,稱為參比端;
熱電動(dòng)勢(shì):兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì) + 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì);
⑴接觸電勢(shì):
產(chǎn)生接觸電勢(shì)的主要原因:
① 不同材料具有不同的自由電子密度;
② 兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí),接觸面會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散;
當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位,表示為:如圖所示:
⑵溫差電勢(shì):
① 導(dǎo)體中自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能;
② 電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散,因而高溫端帶正電,低溫端帶負(fù)電,形成靜電場(chǎng),并阻礙電子擴(kuò)散;
當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),兩端產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差,稱為溫差電勢(shì),表示為:如圖所示:
⑶接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)的性質(zhì):
用公式可以證明:
⑷回路總電勢(shì):
用小寫e表示接觸或溫差電勢(shì),用大寫E表示回路總電勢(shì)。如圖所示:
幾點(diǎn)討論:如圖所示 [1] :
基本定律編輯
①中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接如第三種材料的導(dǎo)體(傳感器引出)時(shí),只要其兩端溫度相等,總回路電勢(shì)不變。如下圖所示:
用途:接入儀表測(cè)量線。
②參考電極定律(標(biāo)準(zhǔn)電極定律)
設(shè)結(jié)點(diǎn)溫度為T、T0,則用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于導(dǎo)體A、C組成的熱電偶和導(dǎo)體C、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和。如下圖所示,有:
參考電極定律應(yīng)用:由于鉑絲的理化性能穩(wěn)定,如果能實(shí)驗(yàn)測(cè)得各種材料熱電極對(duì)鉑絲的熱電特性,就不難推得任意材料間的熱電特性。
③中間溫度定律
結(jié)點(diǎn)溫度為(T、T0)時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電耦在結(jié)點(diǎn)溫度為(T、Tn)和(Tn、T0)時(shí)相應(yīng)熱電勢(shì)的代數(shù)和。即如圖所示:
結(jié)論:
中間溫度定律為制定熱電偶得分度表奠定了理論基礎(chǔ)。從分度表查出參考端為零度時(shí)得熱電勢(shì),即可求得參考端溫度不為零時(shí)得熱電勢(shì)。 [1]
例:用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量熱處理爐爐溫。冷端溫度T0=30℃,此時(shí)測(cè)得熱電勢(shì)E(T,T0)=39.17mV,則實(shí)際爐溫是多少?
解:由T0=30℃查分度表得:E(30,0)= 1.2mV,則:
E(T,0)= E(T,30)+ E(30,0)= 39.17mV+ 1.2mV= 40.37mV
再由40.37mV查分度表,得實(shí)際爐溫T=977℃
常用熱電偶編輯
1.鉑銠-鉑熱電偶:
S型熱電偶。
特點(diǎn):精度高,標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。但熱電勢(shì)小。(<1300℃)
2.鎳鉻-鎳硅熱電偶:
K型熱電偶。
特點(diǎn):線性好,價(jià)格低,較常用。但精度偏低。(-50~1300℃)
3.鎳鉻-考銅熱電偶:
E型熱電偶。
特點(diǎn):靈敏度高,價(jià)格低,常溫測(cè)量,但非均勻線性。(-50~500℃)
4.鉑銠30-鉑銠6熱電偶:
B型熱電偶。
特點(diǎn):精度高,冷端熱電勢(shì)小,40℃下可不修正。但價(jià)格高,輸出小。
5.銅-康銅熱電偶:
T型熱電偶。
特點(diǎn):低溫穩(wěn)定性好,但復(fù)制性差。
溫度補(bǔ)償編輯
1.補(bǔ)償原因:
①從前述分析可知,只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí),熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度得單值函數(shù);
②實(shí)際應(yīng)用中,由于冷端暴露在空氣中,往往和工作端又比較接近,故冷端溫度易波動(dòng);
2.補(bǔ)償方法:
⑴補(bǔ)償導(dǎo)線法:
目的:
使冷端遠(yuǎn)離工作端,和測(cè)量?jī)x表一起放到恒溫或溫度波動(dòng)小的地方。
手段:
①延長(zhǎng)熱電偶的長(zhǎng)度:安裝不便,費(fèi)用高;
②采用補(bǔ)償導(dǎo)線,要求:
a.在0~100℃范圍內(nèi)和所連接的熱電偶有相同的熱電性能;
b.材料是廉價(jià)金屬
注意:
①冷端需有自動(dòng)補(bǔ)償裝置,補(bǔ)償導(dǎo)線才有意義,且連接處<100℃;
②補(bǔ)償導(dǎo)線不能選錯(cuò),如:
鉑銠-鉑熱電偶:補(bǔ)償線用銅-鎳銅;
鎳鉻-鎳硅熱電偶:補(bǔ)償線用銅-康銅;
⑵冷端溫度計(jì)算校正法:
①熱電勢(shì)修正法:
冷端溫度不為零時(shí),運(yùn)用熱電偶分度表修正,修正方法如前例所述。
②溫度修正法:
設(shè):T’為儀表指示溫度;T0為冷端溫度;
則:被測(cè)實(shí)際溫度T為:T=T’+k T0
式中:k為熱電偶修正系數(shù),和熱電偶的種類和測(cè)溫范圍相關(guān),有表可查。
例:在前例中
解:指示溫度:T’=946℃;(當(dāng)E(T,T0)=39.17mV時(shí),查分度表可得)
冷端溫度: T0 =30℃;
查表底:k=1.00
則實(shí)際爐溫:T=T’+k T0 = 946℃+ 1.00× 30℃=976℃
和熱電勢(shì)修正法所得爐溫相差1℃,此方法在工程上應(yīng)用廣泛。
⑶冰浴法:
冷端用冰水混合物保持在0℃。
特點(diǎn):
可避免校正的麻煩,但使用不便,多在實(shí)驗(yàn)室使用。
(4)補(bǔ)償電路法:見圖所示 [1]
旋轉(zhuǎn)編碼器原理特點(diǎn)===上海持承
旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí),經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線,并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后,輸出脈沖或代碼信號(hào)。其特點(diǎn)是體積小,重量輕,品種多,功能全,頻響高,分辨能力高,力矩小,耗能低,性能穩(wěn)定,可靠使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí),有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減,需借助后部的判向電路和計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定,并可實(shí)現(xiàn)多圈的無限累加和測(cè)量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信號(hào),作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定,而需要提高分辨率時(shí),可利用帶90度相位差A,B的兩路信號(hào),對(duì)原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。
2、值編碼器
值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時(shí),有與位置一一對(duì)應(yīng)的代碼(二進(jìn)制,BCD碼等)輸出,從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所處的位置,而無需判向電路。它有一個(gè)零位代碼,當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開機(jī)重新測(cè)量時(shí),仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置地代碼,并準(zhǔn)確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測(cè)量范圍為0~360度,但特殊型號(hào)也可實(shí)現(xiàn)多圈測(cè)量。
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
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檢測(cè)大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布,可以快速無損測(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]